Равновесие на тяло върху опора и приложения
Тяло в покой остава в покой, когато равнодействащата на силите върху него е нула. Тяло върху опора е в равновесие, докато вертикалата през центъра на тежестта минава през площта на опората. Колкото по-ниско е центърът на тежестта и колкото по-голяма е площта на опората, толкова по-устойчиво е тялото. Затова лампите имат тежка основа, състезателните коли са ниски, а тежкият товар се слага най-отдолу.
Какво да запомним
- Условие за равновесие: равнодействащата на силите е нула.
- Тяло на опора не пада, ако вертикалата през центъра на тежестта минава през опората.
- Устойчивостта расте при по-нисък център на тежестта и по-голяма площ на опора.
- Примери: широка основа на лампа, противотежест на кран, разкрачени крака.
- Наклонената кула в Пиза стои, защото вертикалата през центъра ѝ на тежестта минава през основата.
Пример
Дъска 6 kg лежи с краищата си на две везни, а центърът на тежестта е по средата. Силата на тежестта 60 N се разпределя поравно: всяка везна показва 30 N.
Проверете се: 30 въпроса
Натиснете въпроса, за да видите верния отговор и обяснението.
При какво условие тяло, което е в покой, остава в покой?
- Равнодействащата на силите върху него е нула
- Върху него действа само силата на тежестта
- Силата на тежестта е по-голяма от реакцията на опората
- Тялото има голяма маса
Отговор: Равнодействащата на силите върху него е нула
Според първия принцип скоростта не се мени, ако равнодействащата сила е нула.
Лампа с маса 2 kg виси неподвижно на въже. Колко е силата на опъване на въжето? (g = 10 m/s2)
- 2 N
- 20 N
- 0 N
- 40 N
Отговор: 20 N
Силата на опъване уравновесява силата на тежестта: T = mg = 2·10 = 20 N.
Шкаф е наклонен на ръба си и го пускаме. Кога ще се върне в изправено положение?
- Ако масата му е под 50 kg
- Ако вертикалата през центъра на тежестта минава през основата му
- Ако центърът на тежестта е извън основата
- Винаги се връща
Отговор: Ако вертикалата през центъра на тежестта минава през основата му
Тогава силата на тежестта завърта шкафа обратно към опората.
Книга лежи неподвижно на наклонена дъска. Коя сила не ѝ позволява да се плъзне?
- Само силата на реакция на опората
- Силата на триене при покой
- Изтласкващата сила на въздуха
- Теглото на книгата
Отговор: Силата на триене при покой
Триенето при покой уравновесява съставящата на силата на тежестта по наклона.
Дъска с маса 6 kg е поставена с краищата си върху две еднакви везни, а центърът ѝ на тежестта е по средата. Какво показва всяка везна? (g = 10 m/s2)
- 60 N
- 15 N
- 30 N
- 6 N
Отговор: 30 N
Силата на тежестта е 60 N и по симетрия се разпределя поравно: по 30 N на всяка опора.
Как се нарича състоянието, при което тялото остава в покой, въпреки че върху него действат сили?
- Инерция
- Равновесие
- Резонанс
- Деформация
Отговор: Равновесие
Когато силите се уравновесяват, тялото е в равновесие и остава в покой.
Кутия лежи неподвижно на хоризонтален под. Каква е силата на реакция на опората в сравнение със силата на тежестта?
- По-голяма и насочена надолу
- Равна по големина и противоположна по посока
- По-малка и насочена нагоре
- Равна по големина и насочена надолу
Отговор: Равна по големина и противоположна по посока
Кутията е в равновесие, затова двете сили имат равни големини и противоположни посоки.
Върху тяло в покой действат 30 N надясно и 20 N наляво. Каква трета сила е нужна, за да остане то в равновесие?
- 10 N надясно
- 50 N наляво
- 50 N надясно
- 10 N наляво
Отговор: 10 N наляво
Двете сили дават 10 N надясно. За равновесие третата сила трябва да е 10 N наляво.
Картина с маса 4 kg виси неподвижно на две еднакви вертикални въжета. Колко е силата на опъване на всяко въже? (g = 10 m/s2)
- 20 N
- 40 N
- 10 N
- 80 N
Отговор: 20 N
Двете въжета заедно уравновесяват силата на тежестта 40 N, значи всяко опъва с 20 N.
Кутия с маса 10 kg е в покой на наклонена дъска. На колко е равна равнодействащата на всички сили върху нея? (g = 10 m/s2)
- 100 N
- 50 N
- 0 N
- Зависи от наклона на дъската
Отговор: 0 N
Кутията е в покой, значи е в равновесие и равнодействащата на силата на тежестта, реакцията и триенето е нула.
Как е най-устойчива една тухла върху хоризонтален под?
- Легнала на най-голямата си стена
- Изправена на най-малката си стена
- Изправена на средната си стена
- Еднакво устойчива е във всяко положение
Отговор: Легнала на най-голямата си стена
Тогава площта на опора е най-голяма, а центърът на тежестта е най-ниско.
Защо борците стоят с разкрачени крака?
- За да увеличат площта на опора
- За да намалят масата си
- За да повдигнат центъра на тежестта
- За да намалят триенето
Отговор: За да увеличат площта на опора
С по-широка опора вертикалата през центъра на тежестта трудно излиза извън нея.
Защо не се натоварват тежки товари най-отгоре на камион?
- Увеличава се триенето с пътя
- Намалява масата на камиона
- Товарът става по-лек
- Центърът на тежестта се издига и камионът може да се преобърне
Отговор: Центърът на тежестта се издига и камионът може да се преобърне
При висок център на тежестта по-малък наклон е достатъчен, за да излезе вертикалата извън опората.
Защо човек с тежка раница на гърба се навежда напред?
- За да намали теглото на раницата
- За да увеличи триенето
- За да диша по-лесно
- За да задържи общия център на тежестта над стъпалата си
Отговор: За да задържи общия център на тежестта над стъпалата си
Раницата премества общия център на тежестта назад. С навеждането човек го връща над опората.
Защо Наклонената кула в Пиза не пада?
- Вертикалата през центъра ѝ на тежестта минава през основата ѝ
- Закрепена е с въжета
- Поддържа я съседна сграда
- Центърът ѝ на тежестта е извън основата
Отговор: Вертикалата през центъра ѝ на тежестта минава през основата ѝ
Докато вертикалата през центъра на тежестта е в площта на опора, кулата е в равновесие.
От какво зависи устойчивостта на тяло, което стои на опора?
- Само от цвета на тялото
- Само от температурата на тялото
- От скоростта на вятъра в стаята
- От височината на центъра на тежестта и площта на опората
Отговор: От височината на центъра на тежестта и площта на опората
Колкото по-нисък е центърът на тежестта и по-голяма площта на опората, толкова по-устойчиво е тялото.
Защо на дъното на висока ваза понякога се слага пясък?
- За да се повиши центърът на тежестта
- За да се понижи центърът на тежестта
- За да се намали масата на вазата
- За да се намали площта на опората
Отговор: За да се понижи центърът на тежестта
Тежкият пясък на дъното сваля центъра на тежестта и вазата трудно се преобръща.
Защо бастунът помага на възрастните хора да пазят равновесие?
- Намалява масата на човека
- Повишава центъра на тежестта
- Увеличава площта на опората
- Намалява силата на тежестта
Отговор: Увеличава площта на опората
С бастуна опорната площ се разширява и вертикалата през центъра на тежестта по-трудно излиза извън нея.
Защо скиорите се навеждат ниско при бързо спускане?
- Понижават центъра на тежестта си и са по-устойчиви
- Повишават центъра на тежестта си
- Увеличават силата на тежестта
- Увеличават триенето на ските
Отговор: Понижават центъра на тежестта си и са по-устойчиви
По-ниският център на тежестта прави тялото по-устойчиво при неравности и завои (и намалява съпротивлението на въздуха).
Две еднакви кутии с форма на висок паралелепипед са на дъска: едната е изправена, другата е легнала. Коя ще се преобърне при по-малък наклон на дъската?
- Изправената
- Легналата
- Двете едновременно
- Никоя не може да се преобърне
Отговор: Изправената
Изправената кутия има по-висок център на тежестта и по-малка опора, затова вертикалата през центъра излиза извън опората при по-малък наклон.
Защо настолните лампи имат тежка и широка основа?
- За да не се нагорещяват
- За да светят по-силно
- За нисък център на тежестта и голяма площ на опора
- За да са по-леки
Отговор: За нисък център на тежестта и голяма площ на опора
Ниският център на тежестта и широката опора правят лампата устойчива.
Как дългият прът помага на въжеиграча?
- Намалява масата му
- Дърпа го нагоре
- Увеличава силата на тежестта
- Помага му да държи центъра на тежестта над въжето
Отговор: Помага му да държи центъра на тежестта над въжето
С малки движения на пръта въжеиграчът коригира положението на общия център на тежестта.
Защо състезателните коли са ниски и широки?
- За да имат по-малка маса
- За да вдигат по-голяма скорост по права
- За да не се нагряват двигателите
- Ниският център на тежестта и широката опора ги пазят от преобръщане
Отговор: Ниският център на тежестта и широката опора ги пазят от преобръщане
На завой ниският и широк автомобил трудно се преобръща.
Човек седи на стол с изправен гръб и стъпала точно под коленете. Защо не може да стане, без да се наведе напред?
- Столът го задържа с триене
- Центърът на тежестта му не е над стъпалата
- Мускулите на краката не са достатъчно силни
- Въздухът го натиска надолу
Отговор: Центърът на тежестта му не е над стъпалата
Докато седи, центърът на тежестта е над седалката. За да стане, трябва да го премести над стъпалата.
Защо строителният кран има противотежест?
- За да вдига по-бързо
- За да увеличи масата на товара
- За да намали триенето
- За да остане общият център на тежестта над основата
Отговор: За да остане общият център на тежестта над основата
Товарът изтегля центъра на тежестта към стрелата, а противотежестта го връща над основата.
Защо в лодка тежкият багаж се поставя на дъното?
- За да плава лодката по-бързо
- За да е по-лек багажът
- За да е нисък центърът на тежестта и лодката да е устойчива
- За да се повдигне центърът на тежестта
Отговор: За да е нисък центърът на тежестта и лодката да е устойчива
Ниско разположеният товар сваля общия център на тежестта и лодката по-трудно се преобръща.
Защо стативът за фотоапарат има три разтворени крака?
- За да е по-тежък
- За да има голяма площ на опора
- За да е по-висок
- За да намали триенето
Отговор: За да има голяма площ на опора
Разтворените крака образуват голяма опорна площ и фотоапаратът стои устойчиво.
Защо пирамидите са изключително устойчиви постройки?
- Имат тесна основа и висок център на тежестта
- Направени са от лек материал
- Центърът им на тежестта е на върха
- Имат широка основа и нисък център на тежестта
Отговор: Имат широка основа и нисък център на тежестта
Повечето маса на пирамидата е близо до широката ѝ основа, затова центърът на тежестта е нисък.
Защо е опасно да стъпваме само на ръба на седалката на стол, за да се качим на него?
- Седалката ще стане по-тежка
- Столът ще се плъзне, защото триенето изчезва
- Вертикалата през центъра на тежестта може да излезе извън опората на стола и той да се преобърне
- Центърът на тежестта на стола ще се понижи
Отговор: Вертикалата през центъра на тежестта може да излезе извън опората на стола и той да се преобърне
Тежестта ни на ръба измества общия център на тежестта извън площта между краката на стола и той се накланя.
Защо играчката птица-балансьор стои на върха на клюна си, без да пада?
- Тежестите в крилата ѝ свалят центъра на тежестта под точката на опора
- Клюнът ѝ е намагнитен
- Центърът ѝ на тежестта е високо над клюна
- Тя е по-лека от въздуха
Отговор: Тежестите в крилата ѝ свалят центъра на тежестта под точката на опора
Когато центърът на тежестта е под точката на опора, равновесието е устойчиво и птицата се връща в положението си.