Symulacja interaktywna
Warunki rówównowagi bryły sztywnej
W symulacji mamy możliwość obserwowania zmian położenia środka ciężkości prostopadłościanu w trakcie obracania się go z boku na bok. Szybkość obrotu bryły zależy od sposobu uruchomienia symulacji (przycisk Start lub suwak ). W każdym położeniu obliczana jest wartość współrzędnej momentu siły grawitacji względem punktu, w którym bryła styka się z podłożem. Można też zmienić wysokość prostopadłościanu.
Uwaga. Praca z symulacją jest wygodniejsza po przełączeniu na widok pełnoekranowy.
Symulacja przedstawia dwuwymiarowy prostokąt stojący na podłożu na swoim krótszym boku. Środek ciężkości prostokąta pokrywa się z jego środkiem geometrycznym.
Prostokąt przechylany jest minimalnie w prawą stronę. Wówczas jego prawy dolny róg - punkt stykający się z powierzchnią - staje się osią obrotu. Pojawia się również niezerowy moment siły, wynikający z siły grawitacji. Ten moment siły, dla małych wychyleń, będzie sprowadzał prostokąt z powrotem do pionu. Jednak po przekroczeniu pewnego granicznego kąta nachylenia - takiego, przy którym wektor łączący oś obrotu ze środkiem ciężkości ma ten sam kierunek, co wektor siły grawitacji - prostokąt przewróciłby się na drugi, dłuższy bok. Warto zauważyć, że dla tego granicznego kąta zmienia się kierunek momentu siły.
Uruchom symulację i obserwuj zmiany położenia środka masy (SM) bryły. Zwróć uwagę na położenie lokalnego i globalnego minimum energii potencjalnej.
Sprawdź, o ile większa jest wartość momentu siły grawitacji względem punktu, w którym bryła styka się z podłożem, po obróceniu prostopadłościanu o ten sam kąt, ale z pozycji pionowej i poziomej.
Zastanów się nad tym, gdzie znajduje się środek ciężkości prostokąta w zależności od tego, na którym boku prostokąt został położony na podłożu. Co nam to mówi o energii potencjalnej? W obu przypadkach będziemy mieli do czynienia ze stanami równowagi, ale czy w obu przypadkach będzie to ten sam rodzaj równowagi?