Номер 1, страница 209 - гдз по физике 7 класс учебник Закирова, Аширов

1. Подготовьте сообщение о конструкции игрушки-неваляшки.

Неваляшка, также известная как Ванька-встанька — это традиционная детская игрушка, обладающая уникальным свойством: она всегда возвращается в вертикальное положение после любого наклона. Это свойство основано на простом, но гениальном физическом принципе, связанном с положением центра тяжести.

Конструкция игрушки-неваляшки

Основу конструкции неваляшки составляют два ключевых элемента:

1. Полый корпус. Корпус игрушки обычно имеет округлую, сферическую или полусферическую форму в нижней части. Верхняя часть может быть выполнена в виде фигурки человека, животного и т.д. Корпус изготавливается из легких материалов, таких как пластик или тонкое дерево, чтобы его масса была минимальной.

2. Утяжелитель (груз). Внутри, в самой нижней точке полусферического основания, жестко закреплен тяжелый груз. Масса этого груза значительно превышает массу легкого корпуса. В качестве груза обычно используется металлический шарик или пластина.

Принцип действия (физическое объяснение)

Секрет "непоколебимости" неваляшки заключается в особом положении ее центра тяжести. Центр тяжести — это воображаемая точка, к которой условно приложена суммарная сила тяжести, действующая на объект.

Благодаря тяжелому грузу, расположенному в самом низу, общий центр тяжести всей игрушки оказывается смещенным максимально вниз и находится внутри ее основания, ниже геометрического центра полусферы. Положение, в котором центр тяжести тела занимает самое низкое из всех возможных положений, называется положением устойчивого равновесия. В вертикальном положении неваляшка находится именно в таком состоянии.

Когда мы наклоняем неваляшку, ее точка опоры смещается по округлому дну, а центр тяжести вынужденно поднимается вверх. Это можно описать с помощью понятия потенциальной энергии. Потенциальная энергия тела в поле тяжести Земли определяется формулой $E_p = mgh$, где $\text{m}$ — масса тела, $\text{g}$ — ускорение свободного падения, а $\text{h}$ — высота центра тяжести. При наклоне неваляшки высота $\text{h}$ ее центра тяжести увеличивается, а значит, растет и ее потенциальная энергия.

Любая физическая система стремится занять положение с минимальной потенциальной энергией. Как только мы отпускаем наклоненную игрушку, сила тяжести, приложенная к поднятому центру тяжести, создает возвращающий момент силы относительно новой точки опоры. Этот момент заставляет неваляшку качаться обратно, чтобы ее центр тяжести снова занял самое низкое положение. Игрушка возвращается в исходное вертикальное положение — состояние устойчивого равновесия. Из-за инерции она может проскочить это положение и совершить несколько затухающих колебаний, прежде чем окончательно остановиться под действием сил трения.

Дополнительные элементы

Часто в конструкцию неваляшки добавляют звуковой механизм, например, небольшой колокольчик или устройство с перекатывающимися шариками. При движении игрушки эти элементы издают мелодичный звук, что делает игрушку еще более привлекательной для детей, развивая их слуховое восприятие.

Ответ: Конструкция игрушки-неваляшки основана на создании состояния устойчивого равновесия. Это достигается за счет полого, легкого корпуса с округлым основанием и тяжелого груза, закрепленного в самой нижней точке внутри. Такое устройство обеспечивает очень низкое расположение общего центра тяжести. При наклоне игрушки ее центр тяжести поднимается, и возникает возвращающий момент силы тяжести, который стремится вернуть игрушку в исходное вертикальное положение, соответствующее минимуму потенциальной энергии.