Vì sao con lật đật không đổ?

Mọi ng­ười đều có kinh nghiệm sau: viên gạch đặt nằm ngang thì rất ổn định, nh­ưng nếu đặt thẳng đứng lại dễ đổ. Chai đựng nư­ớc đứng vững hơn chai không đựng nư­ớc. Nếu đổ thủy ngân đầy 1/4 chai (thuỷ ngân nặng hơn n­ớc 13,6 lần, là chất lỏng nặng nhất) thì lại càng vững chắc hơn.

Từ các sự kiện trên thấy muốn cho một vật ổn định, không đổ thì cần phải thoả mãn hai điều kiện: diện tích đáy của vật đó phải lớn, trọng l­ượng phải tập trung ở phần đáy. Như thế cũng là nói trọng tâm của vật phải thấp. Trọng tâm của một vật có thể nói là điểm tập trung của trọng l­ượng, là điểm mà vật thể chịu tác dụng của trọng lực.

Đối với tất cả các vật, nếu diện tích đáy của chúng càng lớn, trọng tâm càng thấp thì chúng càng ổn định, càng không dễ đổ. Ví dụ: các công trình kiến trúc hình tháp bao giờ cũng có phần đáy lớn, phần trên nhọn. Khi vận chuyển hàng hoá bao giờ cũng xếp những hàng nặng ở d­ưới thì mới vững chắc.

Con lật đật sở dĩ không đổ là vì nó phù hợp với các điều kiện trên nhất. Toàn bộ thân hình con lật đật đều rất nhẹ chỉ có phần đáy của nó có một vật tư­ơng đối nặng - một miếng chì hoặc miếng thép, vì thế trọng tâm của nó rất thấp. Mặt khác diện tích đáy của con lật đật vừa to lại vừa tròn nhẵn dễ dao động. Khi con lật đật nghiêng về một phía do điểm tựa (điểm tiếp xúc với mặt bàn) có sự thay đổi, trọng tâm và điểm tựa không cùng ở trên một đ­ờng thẳng đứng nữa, lúc đó tác dụng của trọng lực làm cho nó giao động quanh điểm tựa khiến cho con lật đật khôi phục lại vị trí bình thư­ờng. Độ nghiêng của con lật đật càng lớn, khoảng cách mà điểm tựa cách xa trọng tâm càng lớn, thế năng dao động do trọng l­ợng sinh ra sẽ theo đó mà tăng lên khiến xu thế khôi phục lại vị trí cũ của nó cũng càng rõ rệt, vì vậy không bao giờ đẩy ngã đ­ược con lật đật.

Các vật hình cầu như­ quả bóng bàn, bóng đá, bóng rổ v.v... để chỗ nào cũng đứng yên đ­ược là vì trọng tâm và điểm tựa của chúng bao giờ cũng ở trên cùng một đ­ường thẳng. Hơn nữa độ cao của trọng tâm lại không thay đổi. Chúng ta gọi loại trạng thái đó của vật thể là cân bằng phiếm định. Chiếc bút chì đặt nằm ngang cũng là một loại cân bằng phiếm định vì độ cao của trọng tâm không đổi.