hbieser / Pixabay

Stabilita

Pomôcky: valcové závažia 100 g, podložky s rôznym koeficientom trenia.

Keď sme v minulej hodine prevádzali pokusy s ústrižkom, ústrižok sa medzi prstami vždy natočil rovnakým spôsobom do rovnakej polohy. V tejto polohe, v ktorej samovoľne zostával, bola nulová ako výsledná sila tak výsledný moment všetkých síl, ktoré na ústrižok pôsobili. Takej polohe hovoríme stála (stabilná) rovnovážna poloha (predmet je v nej v rovnováhe a samovoľne sa do nej pri malom vychýlení vracia).

Rovnovážna poloha stála (stabilná)

1

Pr. 1: Okrem rovnovážnej polohy, do ktorej sa ústrižok samovoľne překlápěl, existuje (skôr teoreticky) ešte jedna rovnovážna poloha ústrižku držaného medzi prstami. Aká? Prečo pri reálnych pokusoch v tejto polohe ústrižok nedrží?
2
Rovnovážna poloha vznikne aj v prípade, že výstrižok zo stálej rovnovážnej polohy otočíme o 180 °. Ťažisko potom bude presne nad miestom uchopenia.
V reálnych pokusoch v tejto polohe ústrižok nedrží, pretože pri najmenšom vychýlenie sa ústrižok prevráti do stálej rovnovážnej polohy. Takéto rovnovážnej polohe hovoríme vratká (labilné) rovnovážna poloha. Ak chceme predmet umiestniť tak, aby nespadol, nemá labilný poloha praktický význam (aj najslabší vánok by predmet z rovnovážnej polohy zhodil).
Pr. 2: Sleduj učiteľa, ako sa snaží udržať metla na špičke prsta. Prečo je to tak ťažké? Ako by sme museli metlu držať, aby to bolo jednoduché?
Balancovanie s metlou je ťažké, pretože sa snažím ho udržať vo vratkej rovnovážnej polohe ⇒ metlu z nej neustále padá ⇒ musíme neustále meniť miesto, kde metlu podopierame a strkať miesto podopieranie pod ťažisko.
Ľahké je udržať metlu v stabilnej rovnovážnej polohe (s ťažiskom pod miestom uchytenia (v tomto prípade je metla fakticky zavesené).

Pr. 3: Nájdi príklad, kedy človek zotrváva v labilná rovnovážnej polohe. Čo mu pomáha z nej nespadnú?
V takmer labilná polohe zotrvávame napríklad pri jazde na bicykli. Na stojacom bicykli rýchlo spadneme ⇒ udržať rovnováhu nám pomáha:
• rotácie kolies (kolesá nechcú zmeniť smer otáčania a tým bráni spadnem, pri ktorom by sa smer otáčania zmenil),
• pohyb vpred nám umožňuje neustále meniť miesto, kde sa podopierame, ako pohyb ruky umožňoval balansovať s metlou.
Pokiaľ na bicykli nejdeme, bez vonkajšej opory sa neudržíme (pretekári v týchto disciplínach udržujú rovnováhu neustálym poskakovaním s kolesom, ktoré im umožňuje neustále meniť
miesto, kde sú podopretá).
Pr. 4: Vysvetli, prečo sa lamos konštrukcia stojí na špičke ihly a nepadá.
Vidličky v konštrukcii smerujú nadol a sú ďaleko ťažšie ako korok ⇒ ťažisko celej konštrukcie je pod špičkou ihly, na ktoré konštrukcie stoja ⇒ ťažisko je pod bodom podopretie ⇒ konštrukcie nestojí na špičke v labilné polohe, ale je zavesená vo stabilnú rovnovážnej polohe (a teda sa po vychýlenie vráti späť).
Pr. 5: Na obrázku je nakreslené profil. V ktorých miestach je gulička v stabilnej rovnovážnej polohe? Sú všetky tieto polohy rovnako dobré (rovnako stabilný)? ktorá z nich je najstabilnejší? Ktorá najmenej stabilné? Prečo? Čo by sme mohli považovať za
mieru stability rovnovážnej polohy?

3
Na profile sú tri miesta, v ktorých je gulička v stabilnej rovnovážnej polohe.
4
Najstabilnejší polohou je poloha 3, najmenej stabilný je poloha 2. U polohy 2 stačí malé postrčenie a guľôčka sa zakotúľa inam, naopak v mieste 3 je treba do guľôčky veľa strčiť.
Mierou stability by mohla námaha nutná na premiestnenie guľôčky z rovnovážnej polohy.
Dodatok: Náhradou námahy je vo fyzike práce alebo energie, preto sa hovorí, že stabilita zodpovedá prácu, ktorú musíme vykonať, aby sme predmet z rovnovážnej polohy dostali.

Pr. 6: Do koľkých rovnovážnych polôh môžeme položiť kváder na lavici. Ktorá z nich je najstabilnejšie? Čo sa musí stať, aby sa kváder preklopil do inej rovnovážnej polohy?
Kváder môžeme položiť do troch rovnovážnych polôh (kváder má tri rôzne steny). najstabilnejší je poloha, pri ktorej kváder stoja na najväčšiu stene.
Do inej rovnovážnej polohy musíme kocku preklopiť cez jednu z hrán (v jednom okamihu sa ťažisko dostane nad hranu, o ktorú sa kváder v tomto okamihu opiera.
Pr. 7: Na obrázku je doska stola a jedna noha (pohľad zhora). Akým spôsobom môžeme dosku podoprieť ak máme k dispozícii:
5
Ako umiestniť štyri nohy stola tak, aby bol najstabilnejší?
Vo všetkých prípadoch platí, že ťažisko stola musia byť podložené bud priamo jednou z nôh alebo viac nohami (keď sa nachádza „medzi nimi“).
a) jedna noha
6
Ťažisko stola musí byť priamo nad nohou.
b) dve nohy
7
Ťažisko stola môže byť nad modro vyfarbenou plochou medzi nohami.
c) tri nohy
8
Ťažisko stola môže byť nad modro vyfarbenou plochou medzi nohami.
d) štyri nohy
9
Ťažisko stola môže byť nad modro vyfarbenou plochou medzi nohami.
Najvýhodnejšie je umiestniť nohy do štyroch rohov stola. Ťažisko stola tak môže byť kdekoľvek na jeho doske.
10
Pr. 8: Prečo má laboratórne stojan širokú základňu z kovu?
Široká základňa – veľká plocha, nad ktorou môže byť ťažisko zaveseného predmetu. Kovová základňa – kov je ťažký, preto ovplyvňuje spoločné ťažisko zaveseného predmetu a stojanu, ktoré musia byť nad základňou.
Pr. 9: Človek, ktorý nesie vedro plný vody, sa nakláňa na stranu. Na ktorú? Prečo? Nakláňa sa na opačnú stranu než v ktorej má vedro, inak by ťažký kýbel s vodou posunul jeho ťažisko príliš do strany.
Pr. 10: Postavte sa ľavým ramenom tesne k stene a zdvihni pravú nohu. Čo sa deje? Prečo? Čo sa stane, keď zvedneš ľavú nohu? Prečo? Zdvihnutie pravej nohy ⇒ padáme doprava od steny. Nie sme podopretie pod ťažiskom (ťažisko je medzi nohami, stojíme len na ľavej) ⇒ pôsobí na nás nenulový moment sily ⇒ začneme sa otáčať (a padať).
Zdvihnutie pravej nohy ⇒ nič sa nedeje. V skutočnosti je situácia skoro rovnaká ako v predchádzajúcom bode. Padáme doľava k stene. Nie sme podopretie pod ťažiskom (ťažisko je medzi nohami, stojíme len na ľavej) ⇒ pôsobí na nás nenulový moment sily ⇒ začneme sa
otáčať (a padať). Pretože ihneď narazíme na stenu, ktorá na nás ihneď začne pôsobiť silou a tým moment vyrovná, pád sa ihneď zastaví.
Pr. 11: Ako sa zmení Tvoj postoj, keď nesieš na chrbte veľmi ťažký batoh? Prečo? Podobná situácia ako pri nosení vody. Snažíme sa udržať ťažisko (spoločné ťažisko nás a batohu) na normálnom mieste ⇒ batoh vzadu na chrbte vyrovnáme tým, že sa nakloníme dopredu.
Pr. 12: Človek s veľkým pivným bruchom (človek pivný čiže homo cerevisiae) tiež nechodia úplne vzpriamene. Prečo?
Opačná situácia ako v minulom bode. Veľké brucho posúva ťažisko dopredu ⇒ homo cerevisiae sa musí zakloniť, aby zmenu vyrovnal.

Pridaj komentár

Vaša e-mailová adresa nebude zverejnená. Vyžadované polia sú označené *