Равнодействующая параллельных сил. Основной задачей этой темы является формирование понятия о равнодействующей параллельных сил тяжести и введение понятия о точке приложения этой равнодействующей — центре тяжести тела. При этом необходимо обратить внимание учащихся на тот факт, что центр тяжести тела может находиться в точке, не совпадающей ни с одной из точек тела. Самый простой пример — центр тяжести обруча. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ЗАДАНИЕ 15.1. Это задание на нахождение центра тяжести тела описано в учебнике подробно и не требует дополнительных пояснений. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ЗАДАНИЕ 15.2. Для определения массы линейки можно воспользоваться условием равновесия тела, имеющего ось вращения. Учащимся, которые затрудняются самостоятельно спланировать и выполнить эксперимент, можно предложить следующую инструкцию. Порядок выполнения задания 1. Положите линейку на карандаш и, перемещая ее по карандашу, найдите положение равновесия (рис. 31). Отметьте, против какого деления шкалы линейки находится линия ее соприкосновения с карандашом в положении равновесия. На этой линии находится центр тяжести линейки.
Рис. 31
2. Положите на один край линейки гирю. Перемещая линейку относительно карандаша, найдите новое положение равновесия. Заметьте деление шкалы линейки, через которое проходит новая линия равновесия (рис. 32).
Рис. 32
3. Отсчитайте по шкале линейки расстояние l1 от новой линии равновесия до центра тяжести линейки и расстояние l2 от этой линии до центра тяжести гири. По условию равновесия рычага Mgl1 = mgl2, где М — масса линейки; m — масса гири. Отсюда масса линейки равна M= m l 2 l 1 .
Задачи 15.1 и 15.2 на первый взгляд довольно просты. Но это только на первый взгляд. Проанализируем возможные ответы учащихся. На задачу 15.1, скорее всего, сразу будет предложен ответ примерно в такой форме: она внизу тяжелая. Это в определенной мере правильный ответ, но неполный. Поэтому его легко опровергнуть примером тяжелого диска, насаженного на вертикальную ось. Все как будто бы так же, как у неваляшки, но ось диска не удается поставить вертикально, диск валится набок. Здесь особо «мудрый» ученик может загадать учителю загадку, приведя диск во вращение, но к этому ходу можно отнестись спокойно, сказав: «Подождем немного и увидим, что будет дальше». После остановки вращения диск валится. Почему же валится диск, низко укрепленный на вертикальной оси, а неваляшка возвращается в вертикальное положение? При самом небольшом отклонении оси диска от вертикального положения действие силы тяжести и силы упругости приводит к увеличению этого отклонения, равновесие диска на вертикальной оси неустойчивое. При наклоне неваляшки точка приложения силы упругости смещается так, что совместное действие сил тяжести и упругости возвращает ее в вертикальное положение (рис. 33).
Рис. 33
При достаточно низком положении центра тяжести неваляшка может возвращаться в вертикальное положение и из положения лежа (рис. 34).
Рис. 34
Разгадка устойчивости орла на кончике клюва в том, что его центр тяжести за счет низко расположенных утяжеленных концов крыльев находится на вертикальной прямой, проходящей через кончик клюва, несколько ниже клюва. Поэтому сила тяжести и сила упругости, действующие на кончик клюва (рис. 35), при небольших отклонениях возвращают орла в исходное положение. Решение задачи 15.3 поясняется рисунком 36.
