בניסוי הזה נגרום לפטיש להישען על קו דקיק בלי ליפול, תוך שימוש בעקרון שנקרא מרכז מסה.
ציוד
- פטיש
- סרגל (אם משתמשים בפטיש כבד, דרוש סרגל מתכת)
- חוט רקמה או קשירה (אם משתמשים בפטיש כבד, דרוש חוט חזק)
- מספריים
מהלך הניסוי
את מהלך הניסוי אפשר לראות בסרטון:
הסבר
מרכז מסה, או מרכז כובד, הוא נקודה שאפשר למצוא עבור גופים וצורות, והוא מייצג מבחינה פיסיקלית את המיקום של כל המסה של הגוף – כאילו המסה לא באמת מפוזרת בכל שטחו אלא מרוכזת בנקודה אחת. להרחבה על מרכז הכובד ראו את הניסוי "לאזן כף ומזלג באוויר".
בגופים סימטריים מרכז המסה נמצא בדיוק במרכז הגוף, אבל בגופים לא סימטריים (כמו פטיש למשל) נקודת מרכז המסה יכולה להימצא במקומות אחרים לגמרי, ואפילו מחוץ לגוף עצמו.
קיימות שתי דרכים עיקריות לשמור על גוף יציב, כלומר לאפשר לו להתאזן במקום אחד בלי ליפול או לזוז. האחת היא להשעין את נקודת מרכז המסה של הגוף על משהו במגע ישיר, אם ניקח ריבוע קרטון שטוח נוכל לאזן אותו על קצה האצבע, אם הוא יונח כך שהאצבע בדיוק מתחת למרכז הריבוע, שהוא מרכז המסה. האפשרות השנייה, נוגעת לגופים שבהם מרכז המסה נמצא בעומק הנפח שלהם, ואי אפשר לגעת בו ישירות כמו בקרטון שטוח, היא להשעין את הגוף על נקודה או 'בסיס' שנמצא בקו ישר מאונך לקרקע בדיוק מעל למרכז המסה או מתחתיו (ראו איור).
רק כשמרכז המסה של גוף נמצא במאונך מעל נקודת משען, הגוף לא יפול – לכן גלילים א' וב' יישארו יציבים ואילו גליל ג' ייפול.
בניסוי הנוכחי אנו מדגימים את המקרה בו גוף נשאר יציב כאשר יש תמיכה בדיוק מעל מרכז המסה שלו. זה מצב נפוץ יחסית בחיי היום יום: בכל פעם שגוף תלוי על חוט, כמו אבן שקשורה לחוט או נברשת שקשורה לשרשרת המחוברת לתקרה, הגוף נשאר יציב כי יש תמיכה בדיוק מעל מרכז המסה שלו.
בניסוי הנוכחי, הפטיש המחובר לסרגל יוצרים גוף מאוד לא סימטרי, שבו רוב המסה מרוכזת בראש הפטיש הכבד, ולכן גם מרכז המסה נמצא באיזור הקרוב לראש הפטיש. ולכן כאשר משעינים את הסרגל על קצה המדף, הוא נשאר יציב, ולא נופל, כל עוד יש תמיכה של המדף בדיוק מעל נקודת מרכז המסה, כפי שאפשר לראות בתמונה הבאה (נקודת מרכז המסה מסומנת בעיגול אדום על ידית הפטיש):
כאשר מזיזים את הפטיש מעט שמאלה (2:33 דק' מתחילת הסרטון), גם נקודת המשען נעה שמאלה, לנקודה שאין מעליה תמיכה, ואז כל המערכת זזה למקום חדש (הפטיש נע ימינה ולמעלה!) עד ששוב נקודת מרכז המסה נמצאת מתחת נקודת התמיכה במדף:
מה שיוצר מראה לא שגרתי, בו נראה למסתכל מהצד כאילו יש איזה קסם שמונע מהפטיש ליפול, ואפילו גורם לו לרחף באוויר. כאמור ה'קסם' הוא פשוט עקרון מרכז המסה.
מעניין לציין
מרכז המסה של הגוף האנושי נמצא באזור מרכז הבטן, ליד הטבור. כשאנחנו עומדים זקופים, המוח שלנו מקפיד לשמור תמיד את נקודת מרכז המסה שלנו בדיוק במאונך מעל הרגליים (שהן נקודת המשען שלנו), כדי שלא ניפול. ראו גם ניסוי נוסף העוסק במרכז המסה של האדם, ובשיווי משקל.
