مركز الكتلة ومركز الثقل والاتزان – خيط الشاقول والانقلاب

ماذا تعرض

مركز كتلة نظام هو متوسط مواضع أجزائه مرجّحًا بكتلها: x_cm = Σm·x / Σm. وتتوقف الأجسام التي تدخل في الحساب على المكان الذي ترسم فيه حدود النظام. وفي مجال جاذبية منتظم يؤثر الوزن في هذه النقطة، وهي مركز الثقل. والصفيحة الرقيقة المعلّقة من دبوس تستقر ومركز ثقلها تحت الدبوس مباشرة، لذلك تتقاطع خطوط الشاقول المرسومة من ثقبين عند مركز الثقل. وينقلب الجسم الموضوع على سطح مستوٍ عندما يمر خط عمل وزنه خارج قاعدته: فالقاعدة العريضة ومركز الثقل المنخفض يجعلانه أكثر استقرارًا.

طريقة الاستخدام

مركز الكتلة: اسحب الكتل، وغيّر «الكتلة» للكتلة المختارة، وحدّد «في النظام» في الجدول. خيط الشاقول: اختر «الصفيحة»، وعلّقها من الثقب A أو B أو C، وانتظر حتى تسكن ثم اضغط «ارسم خط الشاقول»؛ وكرّر ذلك مع ثقب آخر. الاتزان: اضبط «عرض القاعدة b» و«الارتفاع H» و«ارتفاع مركز الثقل h»، ثم أمِل القالب واضغط «اترك القالب»، أو اضغط «أوجد زاوية الانقلاب».

المعاملات القابلة للتغيير

• الشاشة مركز كتلة الكتل النقطية, مركز الثقل بخيط الشاقول (تجربة عملية), الاتزان وزاوية الانقلاب
• ضع الكتل على قضيب (بُعد واحد), مستوى (بُعدان)
• عدد الكتل النقطية 2–5
• شكل الصفيحة شكل غير منتظم, شكل L, مثلث
• عرض القاعدة b 10–100 cm
• ارتفاع القالب H 20–150 cm
• ارتفاع مركز الثقل h 5–145 cm
• زاوية الميل الابتدائية θ 0–80 °
• كتلة القالب m 1–50 kg

أسئلة للاستكشاف

1. في أي اتجاه يتحرك مركز الكتلة عندما تُخرج إحدى الكتل من النظام، ولماذا؟
2. لماذا تتقاطع خطوط الشاقول المرسومة من ثقبين مختلفين عند مركز ثقل الصفيحة؟
3. لكي يصعب انقلاب خزانة طويلة، هل نضع الأشياء الثقيلة على الرف العلوي أم على الرف السفلي؟