Ванька-встанька в цирке, или опять о равновесии

В цирке Вы часто видите удивительно ловких канатоходцев и эквилибристов. Даже дрессированные животные поражают нас своими умениями удерживать на носу разноцветные шары. Может быть все дело в том, что они знают какие-то секреты?
А все секреты - в законах физики! Равновесие предмета зависит от положения его центра тяжести.

Так при ходьбе по натянутому канату или проволоке канатоходцы идут обычно с расставленными в обе стороны руками, балансируют, причем явно заметно покачивание из стороны в сторону. При каждом шаге артист старается установить центр тяжести своего тела над опорой. С длинным шестом в руках удерживать равновесие легче. Выдвигая шест влево или вправо, канатоходец может удерживать свой центр тяжести точно над точкой опоры.

А как жонглер удерживает длинный вертикальный шест, установленный обычно на лбу? Он постоянно переступает, сдвигаясь то в одну, то в другую сторону, подгоняя центр тяжести шеста на одну вертикаль с точкой опоры.

Фактически то же самое делает и велосипедист, пытаясь удержать равновесие. Искусство езды на велосипеде заключается в умении поворачивать руль в нужную сторону! Если присмотреться к следу, оставленному колесами велосипеда на мягком грунте, то видно, что сравнительно прямой след заднего колеса пересекается с извилистым следом переднего. При начале падения велосипедист поворачивает руль, и велосипед снова "въезжает" под центр тяжести велосипедиста.

На какие же ещё ухищерения идут артисты цирка, чтобы порадовать нас с вами? Знаете ли вы, что если опустить центр тяжести тела ниже точки опоры, то возникает легко сохраняемое устойчивое состояние равновесия! Этим и пользуются знающие циркачи, прикрепляя к горизонтальному шесту- балансиру с двух сторон грузы ( например, свешивающиеся на тросах вниз) так, чтобы общий центр тяжести человека с шестом оказывался ниже точки опоры. Вот так-то!

Опыты. Попробуем сами?

Мяч на кончике пальца

Поработаем с неустойчивым равновесием.

Если Вы захотите удержать мяч на кончике пальца, такое равновесие будет неустойчивым, но оно возможно! Ведь в цирке такие выступления делают даже дрессированные животные! Надо только быстро передвигать точку опоры под центр тяжести мяча. Как только мяч начнет падать, он сдвинется с вертикальной линии, соединяющей его центр с точкой опоры. Тут-то и надо выправлять положение, подводя палец под центр тяжести мяча. Удачнее всего такое балансирование выполняется с большим мячом. Как Вы думаете, почему?

Устойчивый карандаш

Если же центр тяжести находится ниже точки опоры и точно под ней, то мы получим самое устойчивое положение равновесия.

Если поставить хорошо заточенный карандаш на коньчик пальца, предварительно воткнув в него кончик раскрытого перочинного ножа, то оказывается, очень легко добиться равновесия на первый взгляд неустойчивой конструкции. Однако, все очень просто! Центр тяжести данной конструкции находится на пересечении вертикальной линии, проведенной через точку опоры и рукоятку ножа, т.е. в самой рукоятке ножа, значительно ниже точки опоры.

Равновесие вилок

Воткните в бутылочную пробку две вилки с противоположных сторон под некоторым углом. Снизу в пробку по цетру можно воткнуть обычную иголку. А теперь поставьте иголку свободным концом, например, на крышку стоящей бутылки. Ура, оно не падает! А все потому, что и здесь центр тяжести системы "пробка-вилки" лежит на вертикали ниже точки опоры. Опять выполняется условие устойчивого равновесия.

Еще один цирковой трюк!

А что будет, если воткнуть в низ пробки предыдущего сооружения из вилок не одну иглу, а две - рядышком, как две ноги, и поставить эти "ножки" на линейку ?
"Ничего!" - скажете Вы. Ну тогда Вы просто ничего не понимаете в фокусах!
Слегка наклоните линейку и чуть-чуть качните вилки.
Они пошли! Сами! Вдоль линейки! Вы настоящий фокусник!
Но в чем же дело?

Или

сделайте такую игрушку, обладающую удивительным устойчивым равновесием!

Включаем "соображалку" !

1.Почему трудно передвигаться на ходулях?

2. Когда канатоходцу легче удержать равновесие: при обычном передвижении по канату или при переносе сильно изогнутого коромысла, нагруженного ведрами с водой?

ВАНЬКА-ВСТАНЬКА В ЦИРКЕ, ИЛИ ОПЯТЬ О РАВНОВЕСИИ