Две вилки и спичка - опыт на равновесие

На видео мы видим классический пример «фокуса» с центром масс. В детстве у многих, наверно, была игрушка неваляшка, которая вопреки тому, что все тела стремятся упасть, наоборот падать не хотела, и возвращалась к своему вертикальному положению всякий раз, когда вы ее от него отклоняли. Всем известно, что секрет этой игрушки заключается в том, что ее масса сосредоточена внизу, или, говоря по-научному, центр масс находится ниже центра кривизны основания.

Центр масс – это такая физическая абстракция. Когда на твердое тело действует, например, сила тяжести, то она прикладывается к каждой его части. Но оказывается, абсолютно ничего не изменится, если мы представим, что вся эта сила приложена к одной единственной точке – центру масс. Найти его не сложно. Надо сложить все массы составляющие тело помноженные на их координаты и поделить на суммарную массу.

Если вы отклоните неваляшку немного от положения равновесия, то центр кривизны останется на той же самой высоте что и был, на то он и цент кривизны (это как бы цент сферы, которой является основание игрушки). Но вот центр масс при этом станет немного выше, а значит, силы тяжести вернут игрушку обратно.

На видео вы видите аналогичную ситуацию. Две вилки и зубочистка образуют твердое тело. У него есть где-то центр масс, и есть точка опоры. Силы тяжести будут стремиться привести тело в такое положение, чтобы центр масс был как можно ниже, этого можно добиться, если он будет располагаться точно под точкой опоры. В нашем случае так получилось, что центр масс геометрически не принадлежит телу, такое бывает, если тело имеет причудливую форму, и поэтому его положение равновесия кажется немного странным.

А вот еще один вопрос, связанный с этой темой. Вращается ли Земля вокруг Солнца или Солнце вокруг Земли? На самом деле оба эти ответа неверны, а правильный ответ: они вращаются вокруг общего центра масс, который, правда надо сказать, почти не отличается от центра Солнца (из-за его огромной массы). Но вот для двойных звезд это замечание очень существенно.

1. Соединяем две вилки вместе.
2. Вставляем кончик спички в место соединения вилок, а другой конец ставим на край деревянной палочки или стола.