Painopiste ja tukipinta

• Kappaleen tukipisteet kappaleen ja sen alustan välisiä kosketuspisteitä. Pöydän tukipisteitä ovat sen jalkojen kärjet.
• Kappaleen tukipinta on tukipisteiden rajaama alue alustalla kuten lattialla. Pöydän tukipinta on suorakulmion muotoinen.

Kuva: Vasemmalla pöydän tukipisteet ja harmaalla varjostettu tukipinta.
Oikealla pöydän painopiste ja sen luotisuora.

• Painopisteeksi kutsutaan sijaintia, johon kappaleen massan voi ajatella keskittyvän.
  Sitä kutsutaan myös kappaleen massakeskipisteeksi.
  Ⓔ Ihmisen painopiste on suunnilleen navan kohdalla.
  Ⓔ Pöydän painopiste sijaitsee tyypillisesti pöytälevyn alapuolella.
• Laatikkomaisen kappaleen painopiste määritetään sen tahkon lävistäjien avulla.
• Luotisuora on painopisteestä alkava pystysuora linja suoraan alaspäin.
  Sitä kuvataan nuolella, joka osoittaa painovoiman suuntaan eli kohti maan keskipistettä.

Tasapainolajit

Tasapainolaji kertoo tasapainossa olevan kappaleen vakaudesta. Sitä voidaan testata tönäisemällä kappaletta niin, että se keinahtaa tai siirtyy hieman. Jos sen painopiste nousee tönäisyn seurauksena, tasapainolaji on vakaa. Tönäistään kuvan kappaleita ja katsotaan mitä tapahtuu.

1. Tasapainolaji on vakaa. Kappale palautuu tönäisystä paikalleen.
2. Tasapainolaji on epämääräinen. Kappale siirtyy tönäisystä sivusuunnassa mutta korkeusasema ei muutu.
3. Tasapainolaji on horjuva. Kappaleen asema sortuu tönäisystä.
4. Kappaleella ei ole tasapainolajia. Kappale ei ole tasapainossa ilman tönäisyäkään.

Tasapainoaseman määrittäminen

Arkijärjellinen kysymys kuuluu: Kaatuuko kappale?

• Määritetään kappaleen painopiste (kuvassa lävistäjien leikkauspisteessä).
• Piirretään painopisteen kautta kulkeva luotisuora.
• Tutkitaan, kulkeeko luotisuora tukipinnan lävitse vai ei.
  Toisinsanoen tutkitaan, sijaitseeko painopiste tukipinnan yläpuolella.

1. Kappale on tasapainossa ja tasapainoasema on vakaa, koska luotisuora kulkee tukipinnan läpi.
   KAPPALE PYSYY PYSTYSSÄ
2. Kappale on tasapainossa mutta horjuen, koska luotisuora kulkee tukipinnan reunasta.
   KAPPALE KAATUU HIPAISUSTA - teoreettinen rajatapaus
3. Kappale ei ole tasapainossa, koska luotisuora kulkee tukipinnan ohi.
   KAPPALE KAATUU

Lisätietoa

Tasopinnalle asetetuilla kappaleilla on rajallinen määrä vakaita tasapainoasemia. Uudella pyyhekumilla niitä on kuusi. Voit siis asettaa pyyhekumin tukevasti pöydälle kuudella eri tavalla. Huomaat tämän, jos numeroit puuhekumin tahkot. (Tahkot ovat särmiön tasomaisia ulkopintoja). Joillakin esineillä kuten pallolla ei ole yhtäkään vakaata tasapainoasemaa. Onkohan kananmunalla? Kuriositeettina voit tutustua kappaleeseen nimeltä Gömböc.