Номер 2, страница 114 - гдз по физике 9 класс учебник Пёрышкин, Гутник

Ответь на вопросы. § 23. Виды равновесия тел. Глава 1. Законы движения и взаимодействия тел - номер 2, страница 114.

2. Как устойчивость равновесия связана с положением центра тяжести тела?

Какие виды равновесия вы знаете?

В механике различают три основных вида равновесия твердого тела:

• Устойчивое равновесие: это такое состояние, при котором тело, выведенное из положения равновесия, самопроизвольно возвращается в него. Это происходит, когда при отклонении тела его потенциальная энергия увеличивается, и возникают силы, стремящиеся вернуть тело в положение с минимальной потенциальной энергией.
• Неустойчивое равновесие: это такое состояние, при котором тело, даже при малейшем отклонении от положения равновесия, продолжает удаляться от него. В этом случае при отклонении потенциальная энергия тела уменьшается, и возникающие силы способствуют дальнейшему смещению.
• Безразличное равновесие: это такое состояние, при котором тело, смещенное из положения равновесия, остается в новом положении, которое также является положением равновесия. При таком смещении потенциальная энергия тела не изменяется, поэтому тело не стремится ни вернуться в исходное положение, ни удалиться от него.

Ответ: Существуют три вида равновесия: устойчивое, неустойчивое и безразличное.

2. Как устойчивость равновесия связана с положением центра тяжести тела?

Устойчивость равновесия тела напрямую связана с высотой его центра тяжести и его положением относительно точки или площади опоры. Эта связь определяется принципом минимума потенциальной энергии. В однородном поле тяжести потенциальная энергия тела $E_p$ пропорциональна высоте $h$ его центра тяжести над некоторым нулевым уровнем: $E_p = mgh$, где $m$ — масса тела, а $g$ — ускорение свободного падения. Любая система стремится занять положение с наименьшей потенциальной энергией.

• При устойчивом равновесии центр тяжести тела занимает самое низкое из всех возможных в данных условиях положений. Любое отклонение тела от этого положения приводит к подъему центра тяжести и, следовательно, к увеличению его потенциальной энергии. В результате возникает возвращающая сила (или момент сил), которая стремится вернуть тело в исходное положение.
• При неустойчивом равновесии центр тяжести тела находится в самом высоком из возможных положений. Малейшее отклонение приводит к опусканию центра тяжести и уменьшению потенциальной энергии. Тело будет продолжать движение, удаляясь от начального неустойчивого положения.
• При безразличном равновесии любое смещение тела не изменяет высоту его центра тяжести. Потенциальная энергия остается постоянной, и тело может находиться в равновесии в любом из этих положений (например, шар на горизонтальной плоскости).

Таким образом, для повышения устойчивости тела необходимо понижать его центр тяжести.

Ответ: Устойчивость равновесия тем выше, чем ниже расположен центр тяжести тела. В положении устойчивого равновесия центр тяжести занимает самое низкое положение (минимум потенциальной энергии), в неустойчивом — самое высокое (максимум потенциальной энергии), а в безразличном — его высота не меняется при смещении (потенциальная энергия постоянна).

3. При каком условии тело, имеющее площадь опоры, будет находиться в равновесии?

Тело, опирающееся на некоторую поверхность (имеющее площадь опоры), будет находиться в состоянии равновесия, если вертикальная линия, проведенная через его центр тяжести, проходит внутри этой площади опоры.

Площадью опоры называют контур, образованный линиями, которые соединяют крайние точки соприкосновения тела с опорной поверхностью. Если вертикаль, опущенная из центра тяжести, пересекает опорную поверхность в пределах этого контура, то сила реакции опоры уравновешивает силу тяжести, и тело находится в равновесии. Если же эта вертикаль выходит за пределы площади опоры, то сила тяжести создает опрокидывающий момент относительно края опоры, и тело теряет равновесие.

Степень устойчивости тела в этом случае зависит от двух факторов:

1. Высоты центра тяжести: чем ниже центр тяжести, тем устойчивее тело.
2. Размера площади опоры: чем больше площадь опоры, тем устойчивее тело.

Ответ: Тело, имеющее площадь опоры, находится в равновесии, если вертикаль, проведенная через его центр тяжести, проходит внутри площади опоры.