Viivoitin ja juomalasit

Tänään on fysiikan yo-koe ja sen kunniaksi ajattelin jakaa jännän fysikaalisen ilmiön, joka tuli netissä vastaan muutama päivä sitten.

Asetetaan viivoitin päistään kahden tukipisteen varaan. Tukipisteinä voi käyttää esimerkiksi etusormia. Lähdetään liikuttamaan tukipisteitä toisiaan kohti. Havaitaan, että viivoittimen keskikohta jää tukipisteiden väliin. Näin käy aina, vaikka tukipisteitä liikultetaisiin millä tavoin tai pidettäisiin toinen tukipiste kokonaan paikallaan. Kokeile vaikka itse!

Ilmiö on selitettävissä lukion fysiikan taidoilla. Osaatko selittää sen? :)

Tässä on oletettava, että tukipisteen ja viivoittimen välinen kitka on likimain sama molemmilla tukipisteillä.

Kun kappale on tuettu kahdesta pisteestä, on lähempänä tuettavan kappaleen massakeskipistettä olevan tukipisteen kannateltava suurempaa osaa kappaleen painosta. Tämä lienee melko intuitiivista, kun sitä hetken miettii. Se voidaan osoittaa myös fysikaalisesti tasapainoyhtälöiden avulla. Lähempänä massakeskipistettä on tuettavaan kappaleeseen kohdistettava suurempi voima, jotta molempien tukipisteiden aiheuttamien tukivoimien momenttien summa olisi nolla (eikä kappale lähde pyörimään).

Koska lähempänä massakeskipistettä oleva tukipiste kohdistaa kappaleeseen suuremman tukivoiman, myös tukipisteen ja kappaleen välinen kitka on suurempi. Näin ollen kappale pääsee liukumaan helpommin kauempana massakeskipisteestä olevan tukipisteen yli. Viivoittimen nykivä liike johtuu siitä, että liikekitkakerroin on pienempi kuin lepokitkakerroin.