تعريف مركز الكتلة
مركز الكتلة هو النقطة التي يُمكن اعتبار أن كتلة الجسم كلها مركزة فيها، وهي النقطة التي تتوازن حولها القوى المؤثرة على الجسم.
إذا مرّ الخط العمودي النازل من مركز الكتلة (خط الشاقول) داخل قاعدة الجسم، يبقى الجسم متوازنًا.
أما إذا خرج الخط خارج القاعدة، فإن الجسم يميل للسقوط.
كيف نحافظ على التوازن؟
التوازن يحدث عندما:
لذلك تجد أن لاعبي السيرك يفتحون أذرعهم ويثنون أرجلهم أحيانًا لزيادة عرض القاعدة وخفض مركز الكتلة.
أمثلة من الحياة اليومية
عند حمل صندوق ثقيل، تميل بجسمك للخلف حتى يبقى مركز الكتلة داخل قدميك.
الطفل الصغير يسقط بسهولة لأنه مركز كتلته عالٍ وقاعدته صغيرة.
الكراسي ذات الأرجل الأربعة المتباعدة تبقى مستقرة لأن مركز كتلتها منخفض وخط الشاقول يمر داخل قاعدتها.
تحليل نقدي
من الأخطاء الشائعة الاعتقاد أن ثقل الجسم وحده يحدد استقراره، لكن في الحقيقة التوزيع الهندسي للكتلة وقاعدة الدعم هما الأهم.
حتى الجسم الخفيف يمكن أن يكون غير مستقر إذا كان مركز كتلته مرتفعًا وقاعدته ضيقة.
تجارب وأبحاث
ربط بالحياة اليومية
الرياضيون يثنون الركبتين أثناء القفز أو الهبوط للحفاظ على التوازن.
السيارات الرياضية تصمم بمركز كتلة منخفض لتكون أكثر ثباتًا عند المنعطفات.
أثناء تسلق الجبال، يميل المتسلقون نحو الجبل ليبقى مركز الكتلة داخل القاعدة.
خلاصة
مركز الكتلة هو النقطة التي يتوازن حولها الجسم، والحفاظ على التوازن يتطلب بقاء هذه النقطة داخل قاعدة الجسم. فهم مركز الكتلة يفسر لنا الكثير من سلوكيات الأجسام سواء في الرياضة أو الحياة اليومية أو التصميم الهندسي.
المصادر والمراجع
كتاب الفيزياء – الصف الثاني الثانوي – الفصل الخاص بالتوازن.
مقالات من جامعة ستانفورد عن توازن الهياكل.
أبحاث في هندسة الروبوتات من MIT.