กล่องเครื่องมือครู
-
วัตถุประสงค์ของการอ่านนี้
ห้องปฏิบัติการ STEM นี้มุ่งเน้นไปที่การสำรวจจุดศูนย์ถ่วง (CoG) โดยการควบคุมแขนของ Clawbot เพื่อเปลี่ยนตำแหน่งของน้ำหนักบนหุ่นยนต์ - ส่งผลกระทบต่อ CoG - ในขณะที่มันขับรถผ่านพื้นผิวที่ไม่เรียบ การอ่านครั้งแรกนี้มีวัตถุประสงค์เพื่อแนะนำแนวคิดของจุดศูนย์ถ่วงโดยการสำรวจว่าหอเอนเมืองปิซาสามารถเอียงได้โดยไม่ล้มลงได้อย่างไร
พิจารณาจุดศูนย์ถ่วง
วัตถุทุกชิ้นมีจุดศูนย์ถ่วง (CoG) มันเป็นตำแหน่งบนวัตถุที่แรงโน้มถ่วงดึงด้านใดด้านหนึ่งมีความสมดุลโดยแรงโน้มถ่วงดึงด้านตรงข้าม อีกวิธีหนึ่งในการคิดคือตำแหน่งเฉลี่ยของน้ำหนักของวัตถุ หาก CoG อยู่เหนือฐานของวัตถุ (ส่วนที่วางอยู่บนพื้น) วัตถุจะไม่ตกลงมา
ภาพแสดงหอเอนเมืองปิซาที่มีชื่อเสียง หอคอยนี้เป็นที่รู้จักกันดีว่ามีความเอียงที่มองเห็นได้ชัดเจนประมาณ 4 องศาจากแนวตั้งที่สมบูรณ์แบบ (ตรงขึ้นและลง) คุณสามารถเปรียบเทียบลูกศรในภาพกับเสาบนหอคอยเพื่อดูว่าเอียงแค่ไหน แม้ว่าหอคอยจะเอียงมากแต่ CoG ยังคงอยู่เหนือฐานของหอคอยดังนั้นหอคอยจึงยังคงยืนอยู่! หากคุณผลักหอเอนในภาพด้านบนให้เอียงมากขึ้นเรื่อยๆจนกว่าลูกศรจะผ่านฐานของหอคอยมันก็จะตกลงมานอกจากนี้
คุณยังสามารถคิดถึงเลื่อยวงเดือนหรือตาชั่งได้อีกด้วย FULCRUM ซึ่งเป็นจุดบนกระดานไม้เลื้อยที่กระดานวางอยู่นั้นอยู่ภายใต้ CoG ของกระดานไม้เลื้อยโดยตรง ถ้าไม่ใช่เลื่อยจะตกลงไปด้านหนึ่งแทนการหยอกล้อขึ้นและลง
ขยายการเรียนรู้ของท่าน
หากต้องการขยายกิจกรรมนี้ขอให้นักเรียนปรับสมดุลดินสอบนนิ้วชี้ของพวกเขา บอกให้นักเรียนหันฝ่ามือขึ้นด้านบนและทรงดินสอให้ตั้งฉากกับนิ้วชี้ หาก/เมื่อนักเรียนประสบความสำเร็จในการรักษาสมดุลพวกเขาได้พบ CoG ของดินสอ
นักเรียนยังสามารถสังเกตจุดศูนย์ถ่วงของวัตถุเช่นถ้วยโดยการติดเชือกที่จุดศูนย์กลางของวัตถุและติดน้ำหนักที่ด้านล่างของสายโดยใช้ยางลบหรือวัตถุอื่นที่มีน้ำหนักเล็กน้อย วางถ้วยลงบนหนังสือหรือโต๊ะและเอียงถ้วยเล็กน้อย ขอให้นักเรียนสังเกตว่าสตริงเคลื่อนที่สัมพันธ์กับฐานของวัตถุอย่างไร
ให้นักเรียนสังเกตว่าเชือกอยู่ตรงไหนเมื่อวัตถุเริ่มหล่นลงมา นักเรียนควรสังเกตว่าเมื่อสตริงผ่านฐานของวัตถุวัตถุจะเริ่มตกลงมา