Номер 3, страница 188 - гдз по физике 9 класс учебник Грачев, Погожев

Глава 5. Статика. Параграф 29. Равновесие тела. Момент силы. Условия равновесия твёрдого тела. Упражнения - номер 3, страница 188.

Условие.

3. Проведите эксперимент по определению положения центра масс тела, предложенного учителем.

Решение.

Для определения положения центра масс плоского тела произвольной формы необходимо провести следующий эксперимент.

Цель эксперимента:

Экспериментально определить положение центра масс плоского тела.

Оборудование:

• Плоское тело произвольной формы (например, фигура, вырезанная из плотного картона).
• Штатив с муфтой и лапкой (или гвоздь, на котором можно подвесить тело).
• Отвес (нитка с небольшим грузом на конце).
• Шило или игла для прокалывания отверстий.
• Карандаш.
• Линейка.

Теоретическое обоснование:

Центр масс тела — это точка, через которую проходит линия действия равнодействующей всех сил тяжести, действующих на отдельные частицы тела, при любом положении тела в пространстве. Когда тело, закрепленное в одной точке (точке подвеса), находится в равновесии, его центр масс располагается на вертикальной прямой, проходящей через точку подвеса. Это происходит потому, что в состоянии равновесия момент силы тяжести относительно точки подвеса равен нулю. Момент силы $М$ равен произведению модуля силы $\text{F}$ на её плечо $\text{l}$: $M = F \cdot l$. Плечо силы тяжести, приложенной к центру масс, обращается в ноль только тогда, когда центр масс находится на одной вертикали с точкой подвеса. Направление вертикали легко определить с помощью отвеса. Проведя на теле линию вдоль нити отвеса, мы получаем прямую, на которой лежит центр масс. Повторив процедуру для другой точки подвеса, мы найдем вторую такую прямую. Точка их пересечения и будет искомым центром масс.

Ход работы:

1. С помощью шила сделайте в произвольном месте у края плоского тела отверстие (точка А) и подвесьте тело за это отверстие на закреплённую в штативе иглу или гвоздь. Убедитесь, что тело может свободно вращаться вокруг точки подвеса.
2. Дождитесь, пока колебания прекратятся и тело займет положение равновесия.
3. Рядом с точкой подвеса А закрепите отвес. Когда отвес успокоится, его нить будет указывать вертикальное направление.
4. С помощью карандаша отметьте на теле несколько точек вдоль нити отвеса и, сняв тело, с помощью линейки проведите через эти точки прямую линию от точки А. Центр масс тела находится на этой линии.
5. Проделайте второе отверстие (точка В) в другой части тела, на значительном расстоянии от первого.
6. Повторите действия, описанные в пунктах 1-4, для новой точки подвеса В. Вы получите вторую прямую линию на поверхности тела.
7. Точка пересечения (точка С) двух проведенных линий является центром масс данного тела.
8. Для повышения точности и проверки результата можно проделать третье отверстие (точка D) и повторить эксперимент. Третья линия должна пройти через ту же точку С.
9. Для окончательной проверки можно попробовать уравновесить тело, положив его найденным центром масс на острие иглы или карандаша. Если центр масс определен верно, тело будет находиться в горизонтальном равновесии.

Ответ: Центр масс плоского тела находится в точке пересечения прямых линий, проведенных из разных точек подвеса вдоль направления нити отвеса, когда тело находится в состоянии равновесия.