Vyvážený chrobák

Jedným zo základných pojmov, ktoré potrebujeme vo fyzike vysvetliť, je ťažisko. Hmotný stred telesa, ako ho inak nazývame, naznačuje, že súvisí s rozložením hmoty v telese. Hoci pojem môže pôsobiť mätúco a definícia odradzujúco, hranie sa s ťažiskom je veľmi zábavné a často naučí viac ako slová. Preto si poďme nájsť ťažisko kartónového chrobáka.

Videonávod tohto experimentu, ako aj všetkých predchádzajúcich, nájdete na video.matfyzjein.sk/experimenty.

Pomôcky

Trojvrstvový kartón, nožnice, papier, farbičky, zápalka, lepidlo, drôtik (žilové vedenie 1,5 mm), 2 ks matice (M8 – M10), kliešte na drôt

Postup

Z kartónu si vystrihneme tvar tela chrobáka spolu s hlavičkou. Náš chrobák mal tvar elipsy s priemermi 11 a 9 cm a s hlavičkou predĺženou o asi 2 cm. Z mäkkého papiera si vystrihneme krídla a telo. Na papier si nakreslíme vzor podľa nášho výberu, aby sme chrobákovi dodali realistický vzhľad. Prípadne si môžeme telo vytlačiť priamo na papier, čo nám umožní použiť aj realisticky vyzerajúce krovky skutočných chrobákov.

Papierové telo aj krídla nalepíme na kartónový podklad. Do stredu hlavy zatlačíme zápalku tak, aby hlavička zápalky smerovala von. Lepíme ju tak, aby držala pevne a bola umiestnená symetricky. Z drôtu odstrihneme približne 25 cm dlhý kus. Do hlavičky chrobáka urobíme nožnicami dve dierky, do ktorých zasunieme drôt a vytvarujeme tykadlá. Na ich konce pripevníme matice tak, že konce drôtu ohneme. Na náš kartónový model stačili matice veľkosti M8.

Alternatíva

Telo chrobáka s rozmermi podobnými kartónovej verzii si môžeme vyrobiť aj z preglejky, napríklad pomocou laserového rezania. Pri tejto možnosti odporúčame nezabudnúť do návrhu tela zakomponovať aj otvory na osadenie tykadiel. Namiesto zápalky sme v tomto prípade použili malý výbežok z preglejky, ktorý slúži ako hryzadlo chrobáka. Keďže preglejka má väčšiu hmotnosť ako kartón, je potrebné tomu prispôsobiť aj dĺžku tykadiel a hmotnosť matíc. Pri preglejkovej verzii sme museli použiť až 30 cm dlhý drôt a matice veľkosti M10.

Pozorovanie

Ak máme chrobáka správne vyváženého, mal by bez problémov udržať rovnováhu na jednom bode zápalky – či už je zavesený na niti, alebo položený na nejakom hrote. Ak však balans nedrží, existuje niekoľko možností, ako to napraviť. Najprv skontrolujeme tykadlá. Pri pohľade zhora musia byť symetrické a smerovať ďaleko od stredovej osi chrobáka, pričom uhol medzi nimi môže dosahovať až 90°. Pri pohľade zboku by mali smerovať pod rovinu tela.

Ak sa chrobák prevažuje doľava alebo doprava, upravíme tykadlá tak, aby boli v symetrickej polohe. Ak sa prevažuje dozadu, natiahneme tykadlá čo najviac dopredu. Ak už sú na maxime a chrobák sa neustále nakláňa, môžeme vyrobiť dlhšie tykadlá alebo na ich konce použiť ťažšie matice. Ak sa, naopak, prevažuje dopredu, stačí tykadlá viac prehnúť, aby sa matice posunuli bližšie k telu.

Vysvetlenie

Ťažisko je bod, v ktorom je teleso v rovnováhe. Ak teleso podoprieme alebo zavesíme práve v jeho ťažisku, zostane v rovnovážnej polohe. Poloha ťažiska závisí od rozloženia hmotnosti a môže sa nachádzať aj mimo samotného telesa. Príkladom je prsteň, ktorý má ťažisko uprostred, mimo hmoty telesa.

Rovnako aj náš chrobák môže mať ťažisko umiestnené mimo svojho tela. Úpravou tvaru tykadiel, ich predĺžením alebo zmenou hmotnosti matíc vieme docieliť, aby sa ťažisko nachádzalo presne pod zápalkou. Takto bude chrobák spoľahlivo fungovať ako mechanická hračka využívajúca princíp ťažiska.

Autorka článku: PaedDr. Soňa Gažáková, PhD.
Fakulta matematiky, fyziky a informatiky
Univerzita Komenského v Bratislave
Foto a video Stanislav Griguš
Ak experiment vyskúšate, svoje realizácie môžete posielať na adresu sona.gazakova@fmph.uniba.sk.
Pôvodný návrh na výrobu chrobáka sme prevzali zo stránky fyzikalnisuplik.websnadno.cz/mechanika/beruska.pdf.