Возьмите линейку и положите её горизонтально на указательные пальцы рук. Не торопясь, перемещайте пальцы к центру линейки. Почему линейка движется то по одному пальцу, то по другому?
На линейку действует сила трения от пальцев. Начинает движение тот палец, сила трения которого о линейку меньше (этот палец находится дальше от середины линейки, чем второй). Пройдя симметричное положение (за счет того, что трение скольжения меньше трения покоя), первый палец где−то остановится, так как его трение о линейку станет больше, чем трение другого пальца. Теперь движется второй палец, пока давление на него и, следовательно, сила трения, не станет больше, чем на первый. И так далее по очереди.
Для объяснения данного явления необходимо рассмотреть несколько ключевых физических понятий, таких как сила трения, давление и центр масс.
Когда вы начинаете двигать пальцы к центру, давление ваших пальцев может быть неравномерным. В местах, где давление больше, сила трения между линейкой и пальцем тоже будет больше. И наоборот, если давление меньше, сила трения будет меньше. Как следствие, линейка легче скользит по тому пальцу, на который приходится меньшая сила трения.
Давление и перераспределение нагрузки
Линейка лежит горизонтально и удерживается пальцами. Когда пальцы начинают двигаться, нагрузка от веса линейки перераспределяется между пальцами. Если один из пальцев перемещается, то часть веса линейки перераспределяется на другой палец. В тот момент, когда вы пытаетесь двигать один палец, сила трения на этом пальце будет меньше, чем на неподвижном. Линейка скользит по пальцу с меньшей силой трения до тех пор, пока не меняется равновесие.
Центр масс линейки
Центр масс линейки – это точка, в которой сосредоточена её равновесная масса. В данном эксперименте, когда вы двигаете пальцы, линейка стремится оставаться в положении, где её центр масс находится в устойчивом состоянии относительно приложенных сил. В результате вы замечаете, что пальцы постепенно сдвигаются к центру масс линейки.
Очередность движения по пальцам
Когда один палец начинает двигаться, сила трения на нём уменьшается, и линейка начинает скользить относительно этого пальца. Как только линейка перестаёт скользить, давление на противоположный палец возрастает, увеличивая силу трения на нём. В результате другой палец начинает двигаться. Таким образом, линейка попеременно скользит по каждому пальцу до тех пор, пока они не окажутся у центра масс.
Устойчивость системы
Когда пальцы оказываются под центром масс линейки, система становится устойчивой, и дальнейшее движение пальцев невозможно без нарушения равновесия. Это объясняется тем, что центр масс находится в месте, где силы, действующие на линейку, сбалансированы.
Итак, перемещение линейки «то по одному пальцу, то по другому» связано с взаимодействием силы трения, давления и центром масс линейки. Этот простой эксперимент помогает увидеть, как физические законы проявляются в повседневной жизни.
Пожауйста, оцените решение
