Die Lage des Schwerpunkts eines Objekts beeinflusst seine Stabilität. Je tiefer der Schwerpunkt (G) liegt, desto stabiler ist das Objekt. Je höher er liegt, desto eher kippt das Objekt um, wenn es geschoben wird. Rennwagen haben sehr niedrige Schwerpunkte, damit sie schnell in Kurven fahren können, ohne umzukippen.
Eine größere Grundfläche erhöht ebenfalls die Stabilität eines Objekts, je größer die Fläche, desto stabiler das Objekt. Rugbyspieler stehen mit ihren Füßen weit auseinander, wenn sie stehen und erwarten, dass sie angegriffen werden.
Die folgenden Diagramme zeigen, dass die Position des Schwerpunkts beim Kippen wichtig ist. Je höher der Schwerpunkt liegt, desto eher kippt ein Objekt um, wenn es gekippt wird.
Busse müssen getestet werden, um zu sehen, dass sie auch dann nicht umkippen, wenn das Unterdeck leer und das Oberdeck mit Menschen gefüllt ist.
Schulphysik Stabilität von Fahrzeugen mit niedrigem und hohem Schwerpunkt Animation
Um eine Animation zur Stabilität von Autos zu sehen, klicken Sie auf den Animationslink.Die nächste Reihe von Diagrammen (Abbildung 4) zeigt ein Auto, das in immer größeren Winkeln kippt, bis es schließlich umkippt!
In Abbildung 4(a) steht das Auto flach auf der Straße. In Abbildung 4(b) ist das Auto gekippt, aber da die senkrechte Linie durch den Schwerpunkt innerhalb des Gehäuses des Autos liegt, fällt das Auto wieder auf die Ebene zurück. Aber in Abbildung 4(c) liegt die Senkrechte durch den Schwerpunkt außerhalb des Gehäuses und so kippt das Auto um.
Schulphysik Stabilität von Autos Animation
Um eine Animation der Stabilität von Autos zu sehen, klicken Sie auf den Animationslink.
Die Auswirkung der Größe der Basis wird durch die drei Hocker in Abbildung 5 gezeigt. Die Schwerpunkte aller Hocker liegen auf der gleichen Höhe über dem Boden, aber weil Hocker (c) eine viel kleinere Basis hat, kippt er um, wenn sie alle in den gleichen Winkel gekippt werden, während die anderen beiden Hocker in eine ebene Position zurückkehren. Beachten Sie, dass der Schwerpunkt nicht innerhalb des Materials des Hockers liegt.
Welcher ist Ihrer Meinung nach der sicherste Hocker für den Einsatz in einem Labor?
Balancieren und Gleichgewicht
Wenn ein Objekt im Gleichgewicht ist, d.h., wenn es im Gleichgewicht ist, dann wird es, wenn eine Kraft auf das Objekt ausgeübt wird, entweder kippen, umkippen oder rollen.
Diese drei Zustände sind bekannt als:
(a)stabiles Gleichgewicht (es kippt und fällt dann in die ursprüngliche Position zurück)
(b)instabiles Gleichgewicht (es kippt und fällt dann um)
neutrales Gleichgewicht (es rollt)
Stabil – der Schwerpunkt wird angehoben, wenn er gekippt wird
Instabil – der Schwerpunkt wird abgesenkt, wenn er gekippt wird
Neutral – der Schwerpunkt bleibt auf der gleichen Höhe, wenn er geschoben wird
Die Bilder in Abbildung 7 zeigen, warum es keine gute Idee ist, in einem kleinen Boot aufzustehen und sich dann zu bücken. Der hohe Schwerpunkt der stehenden Personen macht es nur allzu leicht, das Boot umzukippen!
Um uns selbst zu helfen, das Gleichgewicht zu halten, können wir die Position unseres eigenen Schwerpunkts variieren, indem wir unsere Arme und unseren Körper bewegen, damit wir nicht umfallen.
Sie werden feststellen, dass Stabilität in den folgenden Beispielen wichtig ist:
Auto- und Busdesign
Autoräder – kleine Bleigewichte werden an der Felge angebracht, so dass das Rad in jeder Position ausbalanciert ist
Neugeborene Tiere
Möbeldesign
Bohlenwurzeln in Regenwaldbäumen
Das Ziel ist es, eine breite Basis bzw. einen niedrigen Schwerpunkt und damit Stabilität zu erhalten.
Die Lage des Schwerpunktes ist auch beim Balancieren in folgenden Beispielen wichtig:Ausgleichsgewichte zum Ausbalancieren der Last an einem Kran
Seilgehen
Turnen und andere Sportarten, etc.