Schwerpunkt und Gleichgewichtsarten

Schwerpunkt, Gleichgewichtsarten und Standfestigkeit

Physik Klasse 7

Der Schwerpunkt

Versuche Balancieren:

  • Wie balancieren ein Tablett mit Gewichten. Dann ordnen wir die Gewichte unterschiedlich an.
  • Die Schüler balancieren ein Buch auf einem Finger.

In welchem Punkt muss ein Gegenstand unterstützt werden, damit er im Gleichgewicht ist?

Definition Schwerpunkt

Der Schwerpunkt ist derjenige Punkt eines Körpers, an dem die Gewichtskraft als Ganzes anzugreifen scheint. Unterstützt man einen Körper im Schwerpunkt, so ist er im Gleichgewicht.
Man kann auch sagen: Der Punkt, in dem man einen Körper unterstützen muss, damit er im Gleichgewicht ist, heißt Schwerpunkt.

Wie findet man den Schwerpunkt eines Körpers?

Versuch:

Wir bestimmen den Schwerpunkt eines Körpers, indem wir ihn mehrmals an unterscheidlichen Punkten aufhängen.

Schwerpunkt eines Körpers bestimmen:

Den Schwerpunkt eines Körpers kann man auf zweierlei Arten bestimmen:
1. durch probieren
2. indem man ihn mehrmals aufhängt und den Schnittpunktes der senkrechten Linien vom Aufhängepunkt bestimmt



Gleichgewichtsarten

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Versuche zum Gleichgewicht:

  • Wir versuchen, ein Lineal senkrecht aufzustellen
  • Dann hängen wir es an einem Ende auf
  • Wo befindet sich jeweils der Schwerpunkt?
  • Schließlch hängen wir das Lineal im Schwerpunkt auf

Definition Stabiles Gleichgewicht:

Nach Störungen kehrt der Körper in die ursprüngliche Lage zurück.
Zum Beispiel schwankt ein Segelboot im Wind, kehrt aber immer in eine stabile Lage zurück (solange es nicht kentert!).

Definition Labiles Gleichgewicht:

Nach Störungen kann der Körper nicht wieder in die ursprüngliche Lage zurück. Er verändert seine Lage solange, bis er in ein stabiles Gleichgewicht kommt.
Zum Beispiel ein stehender Mensch, der umfallen kann.

Definition Indifferentes Gleichgewicht:

Der Körper behält jede Lage bei, in die man ihn bringt.
Windmühlenflügel zum Beispiel bleiben in jeder Lage, in die man sie bringt.



Standfestigkeit

Was bedeutet Standfestigkeit?

Versuche zur Standfestigkeit:

  • Wir bauen einen Quader aus Holzleisten und neigen ihn langsam, bis das er umkippt.
  • Dann versuchen wir das mit verschiedenen Gegenständen und Gewichten. Dabei vergrößern wir die Standfläche und legen den Schwerpunkt tiefer
  • Ein Schüler beugt seinen Oberkörper langsam nach vorne

Definition Standfestigkeit:

Solange das durch den Schwerpunkt gehende Lot die Standfläche eines Körpers trifft, bleibt er stehen.
Hohe Standfestigkeit wird erreicht durch eine große Standfläche, wenn der Körper schwer ist und bei tiefem Schwerpunkt.
Ein Körper bleibt stehen, solange sein Schwerpunkt oberhalb der Standfläche liegt. Er kippt um, sobald sein Schwerpunkt außerhalb der Standfläche gerät.

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Die Standfestigkeit eines Körpers hängt ab von

  • der Größe seiner Standfläche
  • von seiner Gewichtskraft
  • von der Lage des Schwerpunktes

Beispiele:

  • Auto tiefer legen
  • die Drehleiter eines Feuerwehrauto
  • Stehaufmännchen
  • wir können die Standfestigkeit einer Blumenvase verbessern, indem wir Steine unten hineinlegen

Hier finden Sie eine Übersicht über weitere Beiträge zum Thema Mechanik, Festkörper und Flüssigkeiten, darin auch Links zu Aufgaben.



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