Ответьте на вопросы, страница 209 - гдз по физике 7 класс учебник Закирова, Аширов

Ответьте на вопрос

Почему «башни» и композиции, изображенные на рисунках 197, 198 сохраняют равновесие?

Какому виду равновесия соответствует положение тел в «башнях» и скульптуре?

Puc. 198. Rock balance - искусство составления скульптурных композиций из прибрежных камней

Рис. 197. Башни из различных тел

Почему «башни» и композиции, изображенные на рисунках 197, 198 сохраняют равновесие?

Тело или система тел находится в механическом равновесии при выполнении двух условий: равновесия сил и равновесия моментов. Первое условие (сумма всех действующих сил равна нулю, $ \sum \vec{F} = 0 $) означает, что тело не движется поступательно с ускорением. Второе условие (сумма моментов всех сил относительно любой точки равна нулю, $ \sum \vec{\tau} = 0 $) означает, что тело не вращается с ускорением.

Для твердого тела, опирающегося на поверхность, условие равновесия моментов сводится к простому правилу: тело будет находиться в равновесии, если вертикальная линия, проведенная из его центра масс, проходит через площадь опоры. Площадь опоры – это контур, образованный точками опоры тела.

В случае «башен» на рисунках 197 и 198, состоящих из нескольких объектов, их располагают так, чтобы общий центр масс всей системы находился над точкой или площадью опоры. На рисунке с теннисной ракеткой общий центр масс ракетки, кроссовка и мячей спроецирован на кончик ручки ракетки. В скульптуре из камней общий центр масс всей арки находится на вертикали, проходящей через площадь, ограниченную нижними опорными камнями. Если бы это условие было нарушено, сила тяжести создала бы вращающий момент, который опрокинул бы конструкцию.

Ответ: «Башни» и композиции сохраняют равновесие, потому что их составные части расположены таким образом, что вертикаль, проведенная из общего центра масс всей системы, пересекает площадь опоры. Это гарантирует отсутствие опрокидывающего момента силы тяжести.

Какому виду равновесия соответствует положение тел в «башнях» и скульптуре?

Существует три вида равновесия:

• Устойчивое равновесие: при малом отклонении от положения равновесия тело возвращается в исходное состояние. Это происходит, когда центр масс тела находится в самом низком возможном положении.
• Неустойчивое равновесие: при малом отклонении тело продолжает двигаться, еще больше удаляясь от положения равновесия. Это происходит, когда центр масс находится в одном из самых высоких возможных положений.
• Безразличное равновесие: при отклонении тело остается в новом положении. Это происходит, когда высота центра масс не изменяется при смещении.

Все представленные на рисунках композиции являются яркими примерами неустойчивого равновесия. В этих конструкциях общий центр масс находится высоко над очень малой площадью или даже точкой опоры. Малейшее смещение приводит к тому, что проекция центра масс выходит за пределы опоры. В этот момент сила тяжести создает вращающий момент, который не возвращает систему в исходное положение, а, наоборот, увеличивает отклонение, что приводит к падению (разрушению) конструкции. Искусство создателей таких композиций как раз и заключается в том, чтобы найти и зафиксировать это крайне шаткое, маловероятное состояние.

Ответ: Положение тел в «башнях» и скульптуре соответствует неустойчивому виду равновесия.