Номер 3, страница 213 - гдз по физике 7 класс учебник Закирова, Аширов

3. Составьте конструкцию из двух вилок и зубочистки, как изображено на рисунках 204, а, б. Убедитесь в том, что полученная конструкция устойчивая, разместив ее на пальце (рис. 204 в).

Рис. 204. а) Соедините вилки зубцами; б) Вставьте конец зубочистки в место соединения двух вилок; в) Установите вторым концом зубочистки полученную конструкцию на палец

Разместите конструкцию на краю стакана (рис. 205) и убедитесь в ее устойчивости. Налейте в стакан воду, затем осторожно перелейте воду из стакана в другой сосуд, не убирая конструкцию. Что произошло? Почему?

Рис. 205. Конструкция в устойчивом равновесии

Объяснение устойчивости конструкции

Собранная из двух вилок и зубочистки конструкция, установленная на край стакана или на палец, находится в состоянии устойчивого равновесия. Это явление объясняется положением общего центра масс системы. Центр масс – это воображаемая точка, в которой для расчёта движения можно считать сосредоточенной всю массу системы тел.

В данной конструкции тяжёлые ручки вилок направлены вниз и в стороны от точки опоры (места, где зубочистка касается края стакана). Вследствие такого расположения вилок общий центр масс всей системы (две вилки + зубочистка) оказывается расположенным ниже точки опоры.

Согласно физическим законам, тело находится в состоянии устойчивого равновесия, если его центр масс занимает самое низкое из возможных положений. При любом случайном отклонении конструкции от положения равновесия её центр масс будет приподниматься. Сила тяжести, приложенная к центру масс, создаст возвращающий момент сил, который вернёт систему в исходное положение с минимальной потенциальной энергией. Именно поэтому конструкция не падает и устойчива к небольшим толчкам.

Ответ: Конструкция устойчива, потому что её общий центр масс находится ниже точки опоры. Это положение соответствует состоянию устойчивого равновесия.

Эксперимент с водой

При наливании воды в стакан и последующем её осторожном переливании в другой сосуд конструкция из вилок и зубочистки не упала, а осталась в своём сбалансированном положении.

Это произошло потому, что устойчивость данной конструкции определяется исключительно её внутренними свойствами: распределением её собственной массы и положением точки опоры. Вода, находящаяся в стакане, является внешним по отношению к конструкции объектом. Процесс наливания и выливания воды не изменяет ни массу, ни центр масс, ни точку опоры самой конструкции из вилок. Поскольку условия равновесия (центр масс ниже точки опоры) для конструкции не нарушаются, она сохраняет своё устойчивое положение.

Ответ: При переливании воды с конструкцией ничего не произошло, она осталась на месте. Это связано с тем, что вода в стакане не изменяет условия равновесия самой конструкции, так как не влияет на её массу и положение её центра масс относительно точки опоры.