Question

Задача 15.1. На рисунке 15.9 представлена фотография иг- рушки, которую называют «Ванька-встанька» или «неваляшка».После наклона Эта игрушка сама возвращается в исходное по-Ложение устойчивого равновесия. Объясните, почему так проис-ХОДИТ,рушки с замечательным свойством: «орёл» способен находитьсяКЛЮва на конец карандаша. Объясните такую устойчивостьЗадача 15.2. На рисунке 15.10 представлена фотография иг-в состоянии устойчивого равновесия, опираясь только кончиком«орла».Задача 15.3. Как можно заставить карандаш стоять устой-чиво на кончике грифеля, используя этот карандаш и перочин-ный нож (рис. 15.11)?​

Answer 1

1). Неваляшка.

Особенность игрушки в том, что ее центр тяжести расположен очень низко. Для того, чтобы вывести игрушку из положения устойчивого равновесия необходимо наклонить ее так, чтобы вертикаль, проведенная через центр тяжести, вышла за границу площади опоры. Однако, нижняя часть игрушки представляет из себя шар, а верхняя часть игрушки по массе значительно уступает грузу, расположенному в нижней части шара.

В результате, при попытке положить игрушку горизонтально, получаем рычаг, где тяжелый груз всегда перевешивает легкий верх игрушки и неваляшка возвращается в исходное вертикальное положение.

Таким образом, неваляшка - игрушка, наглядно использующая устойчивое равновесие. То есть, при выведении игрушки из положения равновесия, возникают силы, возвращающие ее в положение, при котором центр тяжести располагается максимально низко. (см. рис.)  

3). Еще более яркий пример устойчивого равновесия - карандаш, стоящий на грифеле и птичка, сидящая на пальце (см. рис.). В обоих случаях центр тяжести всей конструкции находится ниже точки опоры. Поэтому вывести такую конструкцию из положения устойчивого равновесия невозможно.  

Answer 2

О, интересные задачи про устойчивость игрушек и карандашей! Давай разберемся.

1. Задача 15.1: "Ванька-встанька" или "неваляшка"

На рисунке 15.9 изображена игрушка, которая после наклона возвращает себя в исходное положение. Это свойство обусловлено центром масс игрушки, который расположен ниже точки опоры. В результате этого центр масс всегда стремится оказаться внизу, под точкой опоры, обеспечивая устойчивость. Также, вероятно, в игрушке используется принцип момента сил, который поддерживает ее в вертикальном положении.

2. Задача 15.2: Фотография игрушки в устойчивом равновесии

На рисунке 15.10 изображена игрушка в состоянии устойчивого равновесия, опираясь только кончиком "орла". Это может быть достигнуто благодаря распределению массы и форме игрушки. Вероятно, центр масс расположен таким образом, что он оказывает момент сил, направленный так, чтобы поддерживать равновесие.

3. Задача 15.3: Карандаш на кончике грифеля с использованием перочинного ножа

Чтобы заставить карандаш стоять устойчиво на кончике грифеля, можно использовать перочинный нож. Необходимо создать плоскость на конце карандаша, чтобы увеличить точку опоры. Сначала затачиваем карандаш с одной стороны и создаем небольшую плоскость. Затем устанавливаем карандаш на эту плоскость так, чтобы кончик грифеля был в центре. Это увеличит устойчивость, так как точка опоры станет более широкой.

Вот такие интересные физические явления! Что ты думаешь об этом?