กล่องเครื่องมือสำหรับครู
-
จุดประสงค์ของการอ่านนี้
STEM Lab นี้มุ่งเน้นไปที่การสำรวจจุดศูนย์ถ่วง (CoG) โดยการจัดการแขนของ Clawbot เพื่อเปลี่ยนตำแหน่งของน้ำหนักบนหุ่นยนต์ ซึ่งส่งผลต่อ CoG ของมัน ขณะที่มันขับเคลื่อนบนพื้นผิวที่ไม่เรียบ การอ่านครั้งแรกนี้มีจุดมุ่งหมายเพื่อแนะนำแนวคิดเรื่องจุดศูนย์ถ่วงโดยการสำรวจว่าหอเอนเมืองปิซาสามารถเอียงได้โดยไม่ล้มลงได้อย่างไร
เมื่อพิจารณาถึงจุดศูนย์ถ่วง
วัตถุทุกชิ้นมีจุดศูนย์ถ่วง (CoG) เป็นตำแหน่งบนวัตถุที่แรงโน้มถ่วงที่ดึงด้านใดด้านหนึ่งสมดุลกันด้วยการดึงแรงโน้มถ่วงที่ด้านตรงข้าม วิธีคิดอีกอย่างคือตำแหน่งเฉลี่ยของน้ำหนักของวัตถุ หาก CoG อยู่เหนือฐานของวัตถุ (ส่วนที่วางอยู่บนพื้น) วัตถุนั้นจะไม่ล้มลง
ในภาพคือหอเอนเมืองปิซาอันโด่งดัง หอคอยแห่งนี้ขึ้นชื่อว่ามีความเอียงที่มองเห็นได้ชัดเจน ประมาณ 4 องศาจากแนวตั้งที่สมบูรณ์แบบ (ตรงขึ้นและลง) คุณสามารถเปรียบเทียบลูกศรในภาพกับเสาบนหอคอยเพื่อดูว่ามีความเอียงแค่ไหน แม้ว่าหอคอยจะเอียงมาก แต่ CoG ยังคงอยู่เหนือฐานของหอคอย ดังนั้นหอคอยจึงยังคงยืนอยู่! หากคุณดันหอเอนในภาพด้านบนจนเอียงมากขึ้นเรื่อยๆ จนลูกศรผ่านฐานของหอคอย มันก็จะล้มลง
คุณยังนึกถึงกระดานหกหรือตาชั่งได้ด้วย จุดศูนย์กลางซึ่งเป็นจุดที่กระดานหกวางอยู่ อยู่ใต้ CoG ของกระดานหกโดยตรง หากไม่เป็นเช่นนั้น กระดานหกก็จะตกลงไปด้านใดด้านหนึ่งแทนที่จะส่ายไปมา
ขยายการเรียนรู้ของคุณ
เพื่อขยายกิจกรรมนี้ ขอให้นักเรียนวางดินสอบนนิ้วชี้ให้สมดุล บอกให้นักเรียนหงายฝ่ามือขึ้นและปรับดินสอให้ตั้งฉากกับนิ้วชี้ หาก/เมื่อนักเรียนประสบความสำเร็จในการสร้างสมดุล พวกเขาก็ค้นพบ CoG ของดินสอแล้ว
นักเรียนยังสามารถสังเกตจุดศูนย์ถ่วงของวัตถุ เช่น ถ้วย โดยการพันเชือกไว้ที่กึ่งกลางของวัตถุและติดน้ำหนักไว้ที่ด้านล่างของเชือกโดยใช้ยางลบหรือวัตถุอื่นที่มีน้ำหนักเล็กน้อย วางถ้วยไว้บนหนังสือหรือโต๊ะแล้วเอียงเล็กน้อย ขอให้นักเรียนสังเกตว่าเชือกเคลื่อนไหวอย่างไรสัมพันธ์กับฐานของวัตถุ
ให้นักเรียนสังเกตว่าเชือกอยู่ที่ไหนเมื่อวัตถุเริ่มล้ม นักเรียนควรสังเกตว่าเมื่อเชือกผ่านฐานของวัตถุ วัตถุนั้นจะเริ่มตกลงมา