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Versuchsdurchführung
a) Bestimmung des Schwerpunkts
Ein unregelmäßig geformtes schwarzes Brett kann an mehreren Bohrungen auf eine horizontale Achse gesteckt werden. Zieht man vom Aufhängepunkt entlang eines Senklotes einen Kreidestrich, so treffen sich die verschiedenen Kreidestriche im Schwerpunkt.
Der Schwerpunkt kann im Allgemeinen auch außerhalb des Körpers liegen.
b) Stapelung von Brettchen
Es werden mehrere dünne Holzbrettchen so aufeinandergestapelt, dass ein Überlapp entsteht. Bei richtiger Dimensionieren des Überlapps der einzelnen Brettchen, kann gezeigt werden, dass schon mit vier Brettchen erreicht werden kann, dass eines der Brettchen vollkommen über die Tischkante ragt.
Der gemeinsame Schwerpunkt aller höher liegenden Brettchen muss dabei hinter der Kante des darunterliegenden Brettchens liegen.
Die Formel zur Berechnung des gesamten Überlapps U für n-Brettchen gleicher Länge lautet:
\(U=\frac{1}{2} \sum_{n=1}^N \frac{1}{n}\)
Die einzelnen Summanden geben dabei jeweils den Überlapp an, den die einzelnen Brettchen aufweisen müssen.
Für 4 Brettchen ergibt sich dabei:
\(U_{ges}=\frac{1}{2}+\frac{1}{4}+\frac{1}{6}+\frac{1}{8}=1,042\)
c) Gleichgewichtszustände
Mithilfe einer Stahlkugel und eines Uhrglases lassen sich die verschiedenen Arten von Gleichgewichtszuständen demonstrieren.
1) Stabiles Gleichgewicht
Wird die Stahlkugel in der Senke des Uhrglases platziert, so liegt ein stabiles Gleichgewicht vor. Bei Änderung der Lage der Kugel, geht diese wieder in den ursprünglichen Gleichgewichtszustand zurück.
2) Labiles Gleichgewicht
Wird die Kugel auf dem umgedrehten Uhrglas platziert, so liegt ein Labiles Gleichgewicht vor. Schon die kleinste Änderung der Kugelposition führt dabei zum Verlust des Gleichgewichtszustandes.
3) Indifferentes Gleichgewicht
Das indifferente Gleichgewicht kann anhand einer Stahlkugel demonstriert werden, die auf der ebenen Tischoberfläche platziert wird.
d) Balkenwaage
Das Schwerpunktbrett aus Versuchsteil a) wird als Balkenwaage benutzt. Dabei wird gezeigt, dass der Ausschlag der Waage bei gleichem Probegewicht viel größer ist, je näher der Drehpunkt der Balkenwaage am Schwerpunkt des Brettes liegt.
Der Schwerpunkt ist dabei als Drehachse völlig ungeeignet, da dort ein indifferentes Gleichgewicht vorliegt.