Идет бычок, качается
«Идёт бычок, качается…» Эти слова из стихотворения Агнии Барто всем хорошо известны. А вы не задумывались, почему он качается? Почему идти по широкой дороге легко, а по узкой доске трудно, и приходится качаться, чтобы восстанавливать равновесие?
Давайте проведём опыт. Возьмём иголку с ниткой. Сначала поставим иголку на ушко и попробуем установить её вертикально. Правильно! Ничего не получится. Если не держать иголку, она упадёт. А теперь подвесим иголку за нитку. Она преспокойно будет висеть вертикально. И даже если слегка ударить по иголке, то она покачается, покачается и снова успокоится в вертикальном положении.
В первом случае равновесие иголки неустойчиво и она падает. А во втором случае равновесие устойчиво, и иголка может находиться в нём сколь угодно долго.
И в том, и в другом случае опорой для иголки служит ушко. А в чём же отличие? Отличие в том, что в первом случае центр тяжести иголки выше, а во втором случае – ниже опоры.
Наш опыт позволяет сделать вывод: если опора маленькая по сравнению с телом и центр тяжести тела находится выше опоры, то равновесие неустойчиво, а если центр тяжести – ниже опоры, то равновесие устойчиво.
Вот почему игрушка «канатоходец» может так хорошо сохранять равновесие: у неё центр тяжести всегда ниже опоры.
Но вернёмся к бычку из детского стихотворения. Он идёт по узкой доске. Опора у него маленькая, а центр тяжести – выше опоры. Равновесие – неустойчивое, и бычок всё время норовит упасть. А чтобы не упасть, ему приходится напрягать мышцы и восстанавливать равновесие. Так он и идёт: наклоняется то в одну, то в другую сторону и, напрягая мышцы, восстанавливает вертикальное положение, т.е. качается.
А почему тогда легко идти по широкой дороге? На широкой дороге и ноги можно расставлять широко. Опора получается значительно больше, чем на узкой доске, и равновесие устойчиво, хотя центр тяжести и выше опоры. Значит, на устойчивость равновесия влияет не только расположение центра тяжести.
Проведём ещё один опыт. Возьмём твёрдый шарик и положим его в лунку. Шарик будет спокойно лежать в лунке. Если его немного подтолкнуть, то шарик покатается, покатается и успокоится на дне лунки. Значит, положение равновесия шарика на дне лунки устойчиво, хотя его центр тяжести и выше опоры.
Устойчивое равновесие
А теперь положим тот же шарик на выпуклую поверхность. Шарик немедленно скатится с поверхности. Значит положение равновесия шарика на вершине выпуклости неустойчиво.
Неустойчивое равновесие
Что же общее в двух опытах с иголкой и шариком? Общее то, что равновесие бывает устойчивым и неустойчивым. Если тело вывести из положения равновесия и оно, поколебавшись, снова в него возвращается, то равновесие устойчиво. А если малейший толчок выводит тело из равновесия, то равновесие неустойчиво.
Но бывает ещё один вид равновесия. Положим шарик на горизонтальный стол. Шарик остановится в каком-то положении. Если шарик слегка подтолкнуть, то он сначала покатится, а потом снова остановится, но уже в другом месте стола. Так можно катать шарик долго – любое место стола для него может быть положением равновесия. Такое равновесие называют безразличным. При безразличном равновесии тело может останавливаться в любом месте, пока его кто-то оттуда не столкнёт.
Безразличное равновесие
Комментарии