Gravitáció középpontja

írta Chris Woodford. Utolsó frissítés: 2020. január 9.

A W hatnak fel kell szállnia - ez a gravitáció megértésének egyik módja. Úgy gondoljuk, hogy a gravitáció olyan erő, amely lefelé húzza a dolgokat (a Föld középpontja felé), de ez nem mindig működik így. Néha a gravitáció megfordíthatja és megbillenheti a dolgokat, különösen, ha magasan vannak és kiegyensúlyozatlanok. A kötéllel járók ezt mindenkinél jobban megértik. Lábujjhegyen a magas vezeték fölött gyakran balzsamoznak és lötyögnek egyik oldalról a másikra, csak hogy szórakoztassanak minket, de még soha nem esnek le. Az erők fizikájának ösztönös megértése segít abban, hogy szilárdan maradjanak a vezetéken. Ha hozzájuk hasonlóan megért egy egyszerű súlypontnak nevezett fogalmat, akkor az egyensúlyozás gyerekjáték!

Fotó: A kötéllel járó fiú fizikailag ösztönösen rendelkezik. Gondolhatja, hogy a rajongója, akit hordoz, csak egy vicces kis érintés, de sokkal fontosabb, mint amilyennek látszik: ez egy egyszerű módja a sétálónak a súlyának újraelosztására és az esetleges ingadozások gyors korrekciójára, amelyek a földre küldhetik. Fotó: Eoreum (más néven Jultagi), koreai kötéltánc, az Egyesült Államok hadseregének helyőrségi közügyeinek jóvoltából.

Tartalom

Mi a "súlypont"?
Miért buknak meg a magas dolgok?
A gravitáció miért dönti el a testét?
Mi a legjobb módja az egyensúlynak?
Hogyan segít megismerni a súlypontot?
Tudj meg többet

Mi a "súlypont"?

Dobjon egy labdát a levegőbe, és a gravitáció egyenesen visszahúzza. Nem minden mozog így, amikor a gravitáció hat rá. A legtöbb tárgy nem szép, szép forma, mint a golyó. Ez azt jelenti, hogy a gravitáció összetettebb módon hat rájuk. Ennek ellenére minden tárgy úgy viselkedik, mintha tömegük (a cuccok, amelyekből készültek) a súlypontjuknak nevezett pontra koncentrálódna. Egy olyan egyszerű tárgy, mint egy labda, súlypontja nagyon nyilvánvaló helyen van: közvetlenül a középpontjában. De egy bonyolultabb tárgyban, például a testében, a súlypont kissé magasabb, mint a dereka, mert nagyobb súly van a test felső felében, mint az alsó felében.

Fotó: Miért számít a súlypont? Ha biztonságosan akar repülni egy repülőgéppel, fontos a kiegyensúlyozott terhelés. 1) Ennek az óriási C-5 repülőgépnek a súlypontját egy speciális súly- és súlyhangárban számítják ki a kaliforniai Edwards légierő bázisán. Fotó: Derek Lawrence. 2) Az oldalsó tehert hordozó helikopter súlypontja balra tolódik, ahogy a képet nézzük. A pilótának módosítania kell a rotorok magasságát, hogy azok balra nagyobb erőt hozzanak létre a kompenzáció érdekében. Fotós ismeretlen. Mindkét fénykép a Defense Imagery jóvoltából.

Miért buknak meg a magas dolgok?

A súlypontra való gondolkodás segít megválaszolni az ilyen kérdéseket. Álljon fel egyenesen, majd próbáljon az egyik oldalra hajolni. Nagyon gyorsan eljut egy olyan ponthoz, ahol egész teste úgy érzi, hogy hamarosan felborul. Valójában nem mozogsz, hanem a bokádat fordítod. A feje gyorsabban mozog, mint a térde. Valójában az egész teste úgy forog a bokája körül, mint egy kerék. Gondolhatja, hogy a gravitáció lefelé húzza a dolgokat, de itt körbe fordul! Minél magasabb vagy, annál többet fogsz fordulni, mert egész tested karként működik, segítve a gravitációs erőt, hogy megforduljon.

Ahhoz, hogy lássa, hogyan működik, próbáljon kinyitni egy ajtót úgy, hogy az ujjával nyomja meg a fogantyút. Könnyű, nem igaz? Amikor egy erő olyasmit nyom, ami szabadon megfordulhat (például egy ajtó a zsanérokon), ez a dolog mozogás helyett megfordul. Most próbálja kinyitni ugyanazt az ajtót úgy, hogy egyik ujjával a zsanér közelében nyomja. Ezúttal sokkal nehezebb. Minél rövidebb a távolság az erő és az elfordulási pont között, annál nehezebb az erőnek megfordulnia. A szélesebb ajtókat könnyebb kinyitni, mint a keskenyebbeket, mert az egész ajtó karként viselkedik, megsokszorozva azt az erőt, amelyet a fogantyú megnyomásakor használ. Pontosan ugyanúgy sokkal könnyebb valami magasra borulni, mint a földhöz közel.

Műtárgy: Hogyan lehet megtalálni az objektum súlypontját: 1) Tegye fel az objektumot egy szélén lévő pontra, és addig fog forogni, amíg a súlypontja közvetlenül az adott pont alatt van. Tegyen fel egy vezetéket (egy húr súlya) ugyanabból a pontból. Rajzoljon egy vonalt párhuzamosan a húrra (sárga). 2) Most válasszon egy másik pontot a szélén, és ismételje meg a folyamatot. Rajzoljon egy másik vonalat párhuzamosan a húrral (zöld). 3) Az objektum súlypontja az a pont, ahol a két vonal találkozik.

A gravitáció miért dönti el a testét?

Képzelje el, hogy teste nem egyetlen, tömör tömeg, hanem egy hatalmas zsák krumpli, amely egyenesen áll. A gravitáció meghúzza az egész zsákot, de mindegyik burgonyára külön is hat, lefelé húzva mindegyiket. Amikor az egyik oldalra hajol, a test tetején lévő "krumpli" karszerűen működik, így a felső fele megfordul és eldől a bokája körül. Minél jobban hajlik, annál nagyobb a kar hatása a test tetején - és annál valószínűbb, hogy megbukik.

Van egy másik gondolkodásmód a súlyáról. Igen, a tested egy kicsit olyan, mint egy zsák krumpli. De ez egy kicsit olyan, mint egy óriási burgonya, amely annyit nyom, mint te, és egy végtelenül apró pontban összpontosul, valahol a közepeden - nagyjából ott, ahol a gyomrod van. Ez a saját, személyes súlypontod. Amíg a súlypontja nagyjából a lábad felett van, a tested mindig kiegyensúlyozott lesz, és nem borulsz meg. De kezdj oldalra hajolni, és minden megváltozik. A fejed az egyik legnehezebb testrész - mint egy hatalmas burgonya, amely közvetlenül a tetején ül. Ha balra hajolsz, akkor a súlypontod már nincs közvetlenül a lábad középpontja felett. Minél jobban hajlik, annál nagyobb a nyomaték (fordulóerő) ez, és annál valószínűbb, hogy megbillen. A gravitáció miatt az egész teste a bokája körül forog, mint egy ujj, amely az ajtó kilincsére nyomja.

Műalkotás: Mindaddig, amíg a súlypontja (sárga csillag) nagyjából a középpont felett marad a lábai között, akkor függőleges marad az olyan összetett mozgások alatt is, mint a séta és a tánc. De ha a test tetejét túlságosan egy irányba mozgatja, akkor egy olyan zöld erőt hoz létre, amely hajlamos arra, hogy elforduljon. Ahhoz, hogy egyenesen maradjon, mozgatnia kell a test egy másik részét, és ki kell alakítania egy kiegyensúlyozó erőt (sárga nyíl) az eredeti fordulási erő kiküszöbölésére.

Mi a legjobb módja az egyensúlynak?

Minél alacsonyabb a súlypontja, annál könnyebb megőrizni egyensúlyát. Ha egy széken ülsz, akkor jobban lehajolhatsz, mint ha felállsz. Alacsony súlypontjával tovább hajolhat egyik vagy másik oldalra anélkül, hogy elegendő fordulási erőt generálna, hogy megbillenjen. Ezért a versenyautókat (és a katonai járműveket, például a Humvees-t) nagyon alacsony tömegközéppontokkal tervezték: minél alacsonyabban vannak a talajon, annál kisebb a veszélye annak, hogy felborulnak, függetlenül attól, hogy milyen gyorsan haladnak.

Fotó: 1: Az amerikai hadsereg Humvee (nagy mobilitású többcélú kerekes jármű vagy HMMWV) alacsony tömegközépponttal rendelkezik, így nagy sebességgel, nehéz terepen kanyarodhat, és sokkal kisebb a borulás veszélye. 2: Ennek ellenére a katonákat a HEAT (HMMWV Egress Assistance Trainer) nevű hidraulikus meghajtású szimulátor segítségével menekülni kell a felborult Hummer elől. Ez elforgatja a Hummer utasterének makettjét, így a katonák számos kihívást jelentő körülmények között gyakorolhatják a kijutást, beleértve a víz alatti helyzetet is. Hummer fotó: Sgt. Alex Snyder, HEAT fotó: Sgt. Travis Zielinski, mindkettő az amerikai hadsereg jóvoltából.

A kötéllel sétálók egy kicsit más trükköt használnak a súlypont elsajátításához. Ha valaha is figyeltél egy kötélen járót, észreveheted, hogy soha nem járnak egyszerűen át a kötelen. Néhányan kinyújtják a karjukat, vagy hosszú botot vagy esernyőt viselnek. Mások leguggolnak vagy térdre hajolnak. Megint mások olyan kerékpárral közlekednek, amelynek súlya valamivel alatta lóg. Ezek az egyensúlyi segédeszközök segítenek abban, hogy a kötéllel sétálók jobban ellenőrizzék súlypontjukat. Ha a súlypontjukat bármikor közvetlenül a kötél felett tudják tartani, soha nem esnek le. Ha az egyik oldalra mozogni kezdenek, akkor egy fordulóerő megdönti őket abban az irányban. Tehát testük egy részét gyorsan át kell vinniük a másik oldalra, hogy ellenkező irányba fordulhassanak és helyreállítsák egyensúlyukat.

A tehetetlenség (annak a tendenciának, hogy a mozdulatlan tárgyaknak mozdulatlanul kell maradniuk, a mozgó tárgyak pedig mozoghatnak) szintén segít. A kötéllel sétáló férfi elég sokat nyom. Ez azt jelenti, hogy bizonyos mértékű tehetetlenséggel rendelkeznek, és elég sok időbe telik, amíg testük egyik vagy másik oldalra mozog. Ha bukásnak érzik magukat, akkor elegendő idejük van testük egy másik részét (vagy egy botot vagy esernyőt, amit cipelnek) a másik oldalra mozgatni. Ez ellenkező irányba billentő erőt eredményez, amely egyensúlyban tartja őket. Ha egy kötélen járót nézünk, aki pillanatnyilag mozdulatlanul áll, azt gondolhatja, hogy semmilyen erő nem hat - de tévedne. A sétáló bal karjára ható gravitáció megpróbálja balra billenteni, míg a jobb karja súlya jobbra billenti. A járó tökéletesen egyenesen, tökéletesen mozdulatlanul marad, amikor az összes fordulóerő pontosan kiegyensúlyozott, és kioltja egymást.

Hogyan segít megismerni a súlypontot?

Fotó: A medvék néha a hátsó lábukon járnak, de gyorsabb, könnyebb és biztonságosabb négykézláb járni - mert alacsonyabb a súlypontjuk, és nem tudnak felborulni. Erich Regehr képe az amerikai Fish & Wildlife Service jóvoltából.

Ha szkeptikus vagy, azt gondolhatod, hogy a tudomány tele van haszontalan információkkal, amelyeket soha nem kell tudnod, de a súlypont nem tartozik ezek közé. Tavaly télen a sáv, ahol élek, teljesen átfagyott, és jégtakaróvá vált. Mi a legjobb módja a befagyott utcának? Feltéve, hogy nincs hegymászó csizmája, a legbiztonságosabb módja az, ha négykézlábra ereszkedik és végigmászik, mint jegesmedve, a kezén és a térdén. Lehet, hogy nedves vagy piszkos lesz, de nem dől le és nem törik össze a nyakát. Ha súlypontját nagyon alacsonyra teszi, lehetetlen leesni.

Fotó: Alacsony súlypont: az itt bemutatott Fosbury Flop nevű magasugrásos technika úgy működik, hogy a súlypontját olyan alacsonyan tartja, hogy az a rúd alá kerül. Fotó: Matthew L. Romano az amerikai haditengerészet jóvoltából.

A súlypont gondolkodása szintén kulcsfontosságú ahhoz, hogy sok sportot hatékonyan játszhassunk. Bármi, ami magában foglalja az egyensúlyt - nagyjából minden sportág a műkorcsolyától a szörfözésig - magában foglalja annak átgondolását, hogy hol van a súlya, és hogyan lehet gyorsan mozgatni anélkül, hogy túl sok energiát használna vagy elveszítené az irányítást. Észrevette, hogy a teniszezők hogyan ültetik el a lábukat szélesre? És milyen magasugrók csinálnak furcsa dolgokat, tekerve testüket felfelé és megkerülve az oszlopot? Minden ilyen dolog a súlypont megértésén és annak gyakorlati alkalmazásán alapul!