Номер 3, страница 27 - гдз по физике 9 класс самостоятельные и контрольные работы Марон, Марон

Глава 1. Законы движения и взаимодействия тел. Самостоятельные работы. СР-23. Виды равновесия тел. Вариант 2 - номер 3, страница 27.

Условие.

3. Почему кукла-неваляшка всегда возвращается в вертикальное положение?

Решение.

Решение

Кукла-неваляшка всегда возвращается в вертикальное положение благодаря своему устройству, которое обеспечивает ей состояние устойчивого равновесия. Это явление объясняется законами физики, в частности, положением центра тяжести и принципом минимума потенциальной энергии.

Ключевым элементом конструкции неваляшки является тяжелый груз, расположенный в самом низу ее полусферического основания. Из-за этого центр тяжести всей куклы оказывается расположенным очень низко, ниже геометрического центра этого полушария.

Любое тело в поле тяжести Земли стремится занять положение, в котором его потенциальная энергия минимальна. Для тела это означает, что его центр тяжести стремится занять как можно более низкое положение. Вертикальное положение для неваляшки как раз и является состоянием устойчивого равновесия, так как в этом положении ее центр тяжести находится на минимально возможной высоте.

Когда неваляшку наклоняют, ее полусферическое основание перекатывается, и центр тяжести поднимается вверх. Это приводит к увеличению потенциальной энергии системы. В этот момент на куклу действуют две основные силы: сила тяжести $ \vec{F}_т $, приложенная к центру тяжести и направленная вертикально вниз, и сила реакции опоры $ \vec{N} $, приложенная к точке касания с поверхностью. Поскольку эти силы больше не лежат на одной вертикальной прямой, они создают вращающий момент, который стремится вернуть куклу в положение с минимальной потенциальной энергией.

Этот возвращающий момент заставляет куклу качаться обратно к вертикальному положению до тех пор, пока ее центр тяжести не опустится в самую нижнюю точку. Таким образом, благодаря низкому центру тяжести, неваляшка всегда возвращается в свое устойчивое вертикальное положение.

Ответ: Кукла-неваляшка возвращается в вертикальное положение потому, что ее центр тяжести смещен вниз за счет груза в основании. Это вертикальное положение является положением устойчивого равновесия с минимальной потенциальной энергией. При любом наклоне центр тяжести поднимается, и возникает возвращающий момент сил, который заставляет куклу вернуться в исходное положение.