Глава 4. Работа и мощность. Энергия§ 63. Центр тяжести тела
При создании машин, механизмов и различных конструкций важно знать, при каких условиях они будут устойчивыми, т. е
находиться в равновесии. Каким же образом можно добиться равновесия тела? Возьмём линейку и, обвязав её петлёй, подвесим на нити. Затем, перемещая петлю по линейке, можно найти положение, в котором линейка будет находиться в равновесии. В этом случае говорят, что линейка подвешена в центре тяжести. Центр тяжести имеется у каждого тела. Что же такое центр тяжести? Разделим мысленно тело на несколько частей. На каждую часть будет действовать сила тяжести, которая всегда направлена вертикально вниз (рис. 184).
Рис. 184. Направление действия силы тяжести
Точку приложения равнодействующей сил тяжести, действующих на отдельные части тела, называют центром тяжести тела.
Как же найти центр тяжести в различных твёрдых телах? Проделаем следующий опыт. Возьмём фигуру неправильной формы из картона (рис. 185, а) и подвесим её на гвоздь вместе с отвесом. На фигуру действуют две силы: сила тяжести и сила упругости. Поскольку картон находится в покое, то эти две силы взаимно уравновешиваются, т. е. они равны по величине и направлены в разные стороны. Это значит, что точки приложения сил лежат на одной вертикальной прямой, отмеченной отвесом.
Рис. 185. Нахождение центра тяжести плоского тела
Проведём на фигуре вертикальную линию по отвесу. Затем подвесим её в другой точке и снова проведём по отвесу вертикальную линию (рис. 185, б). Сколько бы ни проводили таким способом линий, все они пересекутся в одной точке, которая и будет центром тяжести тела С (рис. 185, в). Проверить это можно, если на остриё карандаша поместить фигуру в найденном центре тяжести. Она окажется в равновесии (рис. 185, г).
Во время опыта мы несколько раз меняли положение картонной фигуры, но центр тяжести её оставался в одной и той же точке.
При любом положении тела центр тяжести его находится в одной и той же точке. Например, центр тяжести шара лежит в его геометрическом центре, у цилиндра он находится на середине линии, соединяющей центры его оснований, у параллелепипеда — в точке пресечения диагоналей (рис. 186).
Рис. 186. Центр тяжести твёрдых тел
Иногда центр тяжести может находиться и вне тела. Например, у кольца он лежит на пересечении диаметров (рис. 187).
Рис. 187. Центр тяжести кольца
Положение центра тяжести может изменяться только при изменении относительного расположения частей тела.
Вопросы:
1. Что такое центр тяжести?
2. Где может находиться центр тяжести тела?
3. В каких случаях может меняться положение центра тяжести тела?
Предыдущая страницаСледующая страница
ЭТО ЛЮБОПЫТНО. Пресс-гигант. Гидравлический тормоз автомобиля.
Пресс-гигант
Гидравлический штамповочный пресс — геркулес среди машин. Его общая высота 26,5 м — высота восьмиэтажного дома. Целых четыре этажа находятся под полом цеха. Движущаяся часть машины массой 1820 т развивает рабочее усилие 455 000 кН. Одним движением машина превращает уложенную на штамп толстую листовую заготовку в почти готовую деталь самолёта — лонжерон крыла. Её размеры: длина 3200 мм, ширина 460 мм, толщина 4,8 мм. Форма поверхности детали сложная, а в то же время при изготовлении требуется очень большая точность. В нашей стране имеются гидравлические прессы, рабочее усилие которых ещё больше, например 700 000 кН.
Гидравлический тормоз автомобиля
Рассмотрим устройство автомобильного гидравлического тормоза, схема которого изображена на рисунке 150.
При нажатии на педаль тормоза 1 давление, создаваемое поршнем 2 в главном цилиндре, передаётся по всем направлениям, т. е. в каждый рабочий цилиндр 3. Это увеличенное давление заставляет поршни в колёсных цилиндрах сдвинуть тормозные колодки 4 и сдавить вращающийся барабан 5, тормозя таким образом колёса. На поршни всех четырёх рабочих цилиндров действуют одинаковые силы. Они также прижимают колодки к колёсам с одинаковой силой. Поэтому автомобиль при торможении не заносит. Эта гидравлическая машина позволила силу, действующую на педаль, одинаково распределить и передать на все четыре колеса, удалённые на разные расстояния от педали тормоза. Когда давление ноги прекращается, возвратные пружины 6 оттягивают тормозные колодки, возвращая при этом тормозную жидкость в основной цилиндр.
На принципиальной схеме (см. рис. 150) показано лишь одно колесо. Зарисуйте в тетради схему тормозной системы автомобиля, показав на ней все четыре колеса. Предложите такую схему, чтобы в случае возникновения неисправностей, не позволяющих тормозить одной паре колёс, торможение другой парой оставалось возможным.
§ 46. Действие жидкости и газа на погружённое в них тело.
Вопросы на стр.158
1. Приведите примеры явлений из жизни, подтверждающие существование выталкивающей силы. 2. Чему равна выталкивающая сила, действующая на тело, погружённое в жидкость? 3. Объясните, почему на тело, погружённое в жидкость, действует выталкивающая сила. 4. Как на опыте показать, что на находящееся в газе тело действует выталкивающая сила? Какой газ вместо углекислого газа можно использовать в этом опыте?
Вы смотрели: Физика Перышкин Учебник 2023 года §§43-4+6 (Барометр-анероид. Атмосферное давление на различных высотах. Манометры. Поршневой жидкостный насос. Гидравлический пресс. Пресс-гигант. Гидравлический тормоз автомобиля. Действие жидкости и газа на погружённое в них тело). Цитаты из пособия использованы в учебных целях.
§ 45. Гидравлический пресс.
Вопросы на стр.153
1. Каковы устройство и принцип действия гидравлических машин? 2. Как определить выигрыш в силе, который даёт гидравлический пресс (без учёта трения)? 3. Используя рисунок 148, объясните принцип работы гидравлического пресса.
- Нужно ли изменить конструкцию гидравлического пресса для его работы на Луне?
- Справедлив ли закон сообщающихся сосудов в условиях невесомости?
УПРАЖНЕНИЕ 28
- Какой выигрыш в силе можно получить на гидравлических машинах, у которых площади поршней относятся как 2 : 50?
- Площадь малого поршня гидравлического пресса 10 см2, на него действует сила 200 Н. Площадь большого поршня 200 см2. Какая сила действует на большой поршень?
- В гидравлической машине площади поршней равны 20 см2 и 200 см2. На малый поршень поставили гирю массой 2 кг. Гирю какой массы при этом сможет удержать большой поршень?
- * Малый поршень гидравлического пресса под действием силы 500 Н опустился на 15 см. При этом большой поршень поднялся на 5 см. Какая сила действует на большой поршень?
ЗАДАНИЕ 32
- Используя Интернет или другие источники информации, найдите, как устроен автомобильный гидравлический домкрат (рис. 149). Расскажите, как действует такое устройство.
- Изготовьте модель устройства с применением гидравлической машины, используя справочную литературу или Интернет. Объясните принцип его действия.
- Понаблюдайте за работой автопогрузчика или самосвала. В их конструкции использованы принципы гидравлической машины. Какие?
