الاتّزان السكوني ومركز الكتلة
المواد والأوات: مسطرة مترية، ثقلان كتلتاهما (150g) و (250g)، خطافان لتعليق الكتل، ميزان إلكتروني، حامل فلزي (نقطة ارتكاز).
إرشادات السلامة: الحذر من سقوط الأثقال على القدمين.
خطوات العمل:
1 أقيس كتلة المسطرة، مستخدمًا الميزان.
2 أثبت المسطرة على الحامل الفلزي ، وأُحرّكها يمينًا ويسارًا، إلى أن تتزن بوضع أفقي، وأضع إشارة على المسطرة عند موقع الاتّزان؛ من المفترض أن تتّزن المسطرة عند منتصفها (عند التدريج 50cm)، تسمى هذه النقطة مركز كتلة المسطرة.
3 أُعلّق ثقلً كتلته (150g) عند التدريج (20cm)، وألاحظ اتجاه ميلان المسطرة. أُحرّك نقطة الارتكاز إلى أن تستعيد المسطرة وضع الاتّزان، أضع إشارة عند هذه النقطة وأرمز لها بالرمز (O)
4 أُعلّق ثقلً إضافيًا كتلته (250g) عند التدريج (70cm)، وأُكرّرُ الخطوة السابقة؛ لإيجاد موقع نقطة الارتكاز (O) الذي يحقق الاتّزان للمسطرة.
التحليل والاستنتاج
1. أستنتج: في الخطوة (2)، تؤثر في المسطرة قوتان هما وزن المسطرة (Fg)، والقوة العمودية التي تؤثر بها نقطة الارتكاز (FN)، أرسم المخطط الحرّ للمسطرة لتوضيح هاتين القوتين؛ مقدارًا واتجاهًا.
مخطط الجسم الحر للمسطرة:
2. أرسم المخطط الحر موضحًا الآتي: موقع نقطة الارتكاز، القوى المؤثرة في المسطرة، بُعد كُلّ قوة عن نقطة الارتكاز،وذلك للخطوتين (3) و (4).
عند تعليق ثقل في المستطرة، يتغير موقع نقطة الارتكاز التي تحقق الاتزان للمستطرة، بحيث يكون مجموع العزوم حول محور يمر في نقطة الارتكاز يستاوي صتفر. ويبين الشتكل الآتي مخطط الجستم الحر لكل من الخطوتين (3) ، (4)
ملحوظة: الشكل غير مرسوم بمقياس رسم.
3. أُصدر حُكمًا: معتمدًا على المخططات التي رسمتُها، ماذا أستنتج عن موقع نقطة الارتكاز التي تحقق الاتّزان للنظام؟
موقع نقطتة الارتكاز التي تحقق الاتزان للنظتام يعتمد على مقادير القوى المؤثرة في النظتام، ونقاط تأثير القوى.
