奇妙的重力

类别：实验教学与创新类学校：常州市武进区马杭初级中学姓名：许勤娟电话：[phone]奇妙的重力——探究与重力的重心有关的趣味实验你知道吗，其实我们一直乘坐着“地球”号宇宙飞船在茫茫宇宙中遨游。可是，当夜晚来临，我们（“地球”号的乘客）安静地躺在床上进入甜美梦乡的时候，你可曾担心因为地球的转动，你一个侧翻身，一不小心就会跌入浩瀚宇宙的深渊……事实是，你完全不必杞人忧天担心会出现这样的噩梦，那是因为地球对它周围的一切物体都有一种不可抗拒的引力，由于地球吸引而使物体受到的力称为重力。现在就让我们一起来探究一些与重力的重心有关的趣味实验吧！一、物体的重心一个物体的各个部分都要受到重力的作用，从效果上看，我们可以认为各部分受到的重力作用集中于一点，这一点叫做物体的重心O(重力在物体上的作用点)。质量分布均匀、形状规则物体的重心位置就在物体的几何中心处。例如：如图1，粗细均匀直棒的重心在它的中点上；均匀方形薄板的重心在它的对角线的交点；均匀球体的重心在它的球心。重心的位置也不一定在物体上，例如：如图2，质量分布均匀圆环的重心位于圆环的圆心处，“L”形状的物体重心如图所示。质量分布不均匀物体的重心位置跟它的形状有关，还与它的质量分布情况有关，重心会向质量集中的地方偏移。例如：如图3，载重汽车的重心随着装货多少和装载位置而变化。正在工作的洒水车的重心会随着水的不断洒出而逐渐降低。二、重心与稳度如图4，你没看错！确实是摩托车走钢丝表演，摩托车在钢丝上行驶，车身的下面还挂着一个支架，上面还站着一个演员。这种表演实在太惊险了！果真这么危险吗？其实不然。这是一个与稳度有关的问题。什么是稳度呢？稳度就是物体稳定的程度。稳度越大，物体就越不容易翻倒。怎样才能使物体稳度最大呢？试一试，把铅笔盒分别用三种不同的方式：立着，侧着，平着放在桌面上。这三种方式中，你图1GOGOGOGOGO图2图4图3会发现，平着放最稳当，最不客易倒。所以要使放置的物体具有一定的稳度时，一要使支承面较大，物体的重力作用线（通过重心的竖直线）必须通过支承面；二要使物体的重心处于较低的位置。平着放的铅笔盒支承面最大，重心最低，稳度就最高了。所以物体的支承面越大，重心越低，物体就会越稳定，越不容易翻倒。建筑物、机器、车船……都有一个稳度问题，所以研究物体的稳度是很有价值的。动动手，一起来做两个关于重心与稳度的实验。实验1：不稳定的平衡实验仪器：墙、同学5～6人实验游戏：同学靠墙站立（如图5），一侧身体紧挨着墙壁，比一比，看看谁能抬起离墙壁较远的另一只脚。谁能抬起另一只脚而人没倒谁就赢。怎么样，不成吧？谁也不能赢。没有人能够完成这个动作，无论你花多大力气，你就是站不稳。那是因为当你抬起另一只脚后，人的重力作用线不落在靠墙站立的那只脚（支承面）上，而是落在那只脚的外面，当然你就要倒，休想站得稳！实验2：稳定的平衡实验仪器：铅笔，刀柄比较重的小刀（或带小球的铁丝）实验操作：将铅笔的笔芯削尖，把小刀打开，刀尖扎入笔头附近的木料中，调整刀打开的角度，然后把笔尖放在食指面上，看到铅笔带着小刀晃动，到某一角度后稳稳地站在手指上（如图6）。你若轻推铅笔，可看到它在手指上任意摆动，摇摇晃晃却又始终掉不下来。不用小刀，改用在铅笔杆上绕上一根带小球的铁丝（如图7），也会达到同样稳定的平衡效果。如此离奇的平衡，你能解释这里的原因吗？那是因为铅笔和小刀成为一个整体，因为刀柄的质量比较大，重心降得很低，整个物体的重心就降到刀柄附近，跑到手指下边去了。当铅笔处于竖直静止状态时，重心最低最稳定。一旦当它发生晃动，铅笔偏离竖直位置，整体重心都会升高，此时在重力作用下整体又将晃动回复到原来位置，所以始终不掉下来。这时候，倒立着的笔和刀就象用手指拎着的书包，当然不会翻倒了。现在你应该知道了，其实图4这个节目表演十分安全，因为挂在下面的支架和人使得整体的重心下降到钢丝绳的下面，和你做的小实验2一样是一种十分稳定的平衡。还有一种叫“不倒翁”的玩具，无论如何摇摆，它总是不倒。不倒的秘密也在于它肚子底下的那个配重，配重使得“不倒翁”只有在竖立状态处于平衡时，重心和接触点的距离最小，即重心最低。偏离竖立状态后，重心都会升高。因此，“不倒翁”是一种利用低重心，稳定平衡的玩具。来动动脑、动动手吧！觉得好玩和过瘾的同时，你也一定能更深刻领悟其中的力学知识！自己动手，自己动脚，用自己的眼睛观察——这是我们实验工作的最高原则。（巴甫洛夫）图5GO图6图7GOGOAABO图1图2删除：对于物体质量不均匀或形状不规则薄板的重心，我们可以用悬挂法找出他们的重心O。实验仪器：三角板、悬线、做成人体形不规则形状薄板实验操作：在A点用线将不规则物体悬挂起来，沿悬线的方向画一条延长线（如图1）；在B点将不规则物体悬挂起来，沿悬线的方向画另一条延长线（如图2），两线的交点即是重心O。如果你很感兴趣，条件又许可的话，你可以找家长帮忙，用人字形梯子、绳子，用同样的方法测出你本人的重心位置。你将会发现，你的重心差不多应该在腹部哦！