Wie entsteht ein Gleichgewicht?

Alle Körper haben einen Schwerpunkt. Das ist der Punkt, von dem aus er in alle Richtungen gleich schwer ist. Man kann sich den Punkt als die Angriffsfläche der Schwerkraft vorstellen, die alle Körper auf der Erde senkrecht zum Erdmittelpunkt hinzieht. Wird der Gegenstand im Schwerpunkt unterstützt, ist der Körper im Gleichgewicht. 

01a Schwerpunkt einer regelmäßigen Fläche 

Material: Bleistift, Postkarte 

Balanciert die Postkarte erst auf dem stumpfen Ende, dann auf der Spitze des Bleistifts aus.

Beobachtung: Die Karte lässt sich auf einem Punkt genau in der Mitte gut balancieren. 

Erklärung: Bei einem Rechteck liegt der Schwerpunkt im Mittelpunkt, der wiederum der Schnittpunkt der Diagonalen ist. 

01b Schwerpunkt und Mittelpunkt 

Material: Bleistift, Postkarte, Pappstreifen, Klebstoff 

Klebt ein Stück Pappe an einer Seite der Postkarte fest. Versucht erneut, die Postkarte auf dem Bleistift zu balancieren. 

Beobachtung: Der Punkt, an dem die Karte ausbalanciert ist, entspricht nicht mehr dem Mittelpunkt.

Erklärung: Der Mittelpunkt ist nur dann der Schwerpunkt, wenn die Postkarte gleichmäßig dick ist. Verändert sich die Gewichtsverteilung, verschiebt sich der Schwerpunkt, aber nicht der Mittelpunkt.

02 Schwerpunkt einer unregelmäßigen Fläche 

Material: Pappe, Schere, Locher, Nähgarn, Nähnadel, ein Nagel in der Wand, Stift 

Schneidet unregelmäßige Flächen aus Pappe aus. Locht jede Form an zwei verschiedenen Stellen. Fädelt den Faden in die Nadel und knotet die Enden zusammen. So entsteht ein Lot. Hängt die Pappe an einem der beiden Löcher an einen Nagel in der Wand. Hängt das Lot darüber und zieht einen Strich entlang des Fadens. Hängt dann die Pappe an dem zweiten Loch auf und markiert den Fadenverlauf auf die gleiche Weise. Durchstecht die Pappe am Kreuzungspunkt der Linien mit der Nadel und lasst sie am Faden herunterhängen. 

Beobachtung: Die Pappe hängt waagerecht. Die beiden Linien kreuzen sich meistens, aber nicht immer.

Erklärung: Der Schnittpunkt der Linien ist der Schwerpunkt der unregelmäßigen Fläche. Bei Formen mit Ausbuchtungen kann er auch außerhalb der Fläche liegen. 

03 Den Schwerpunkt eines Körpers finden 

Material: langes Lineal, (Kinder-)Besen

Haltet das Lineal an den Enden auf den ausgestreckten Fingern. Versucht, die Finger möglichst gleichmäßig aufeinander zu zu bewegen, bis sie aneinander stoßen. Nachdem Ihr mit dem Lineal geübt habt, wiederholt Ihr den Versuch mit dem Besen.

Beobachtung: Die Finger treffen sich genau in der Mitte des Lineals, beim Besen wesentlich näher an der Bürste.

Erklärung: Ist das Gewicht des Körpers nicht gleichmäßig verteilt, liegt der Schwerpunkt nicht in der Mitte. 

04 Wann kippt ein Körper? 

Material: Großer Buttermilchbecher, Lot aus Versuch 1b. 

Ermittelt den Schwerpunkt des Bechers durch Schieben der Finger wie in Versuch 3. Stecht im Schwerpunkt mit der Nadel ein Loch ins Plastik und fädelt das Lot ein. Kippt den Becher zur Seite, beobachtet das Lot. Dreht den Becher um und wiederholt den Versuch. 

Beobachtung: Das Lot hängt immer senkrecht nach unten, auch wenn der Becher gekippt wird. Ab einer bestimmten Neigung kippt der Becher um.

Erklärung: Das Lot zeigt immer in die Richtung, in die die Schwerkraft den Schwerpunkt zieht. Sobald der Schwerpunkt über die Kippkante des Bechers hinauswandert, fällt der Becher um. Je größer die Grundfläche, desto größer die Standfestigkeit. 

05 Das Gleichgewicht des Seiltänzers 

Material: Figur von Playmobil, Klebestreifen, Münzen, Schnur 

Spannt eine Schnur zwischen zwei Stuhllehnen. Versucht, die Playmobilfigur rittlings auf die Schnur zu setzen. Klebt dann mit Klebestreifen eine Münze an jeden Fuß und setzt die Figur wieder auf die Schnur.

Beobachtung: Ohne Gewicht an den Beinen kann sich die Figur nicht auf dem Band halten. Mit Gewichten an den Füßen pendelt sich die Figur selbst dann wieder in ihre Ausgangslage ein, wenn man sie antippt. 

Erklärung: Die Gewichte verlagern den Schwerpunkt so weit nach unten, dass er unterhalb des Seils liegt, das in diesem Fall der Drehpunkt ist. Die Figur befindet sich im stabilen Gleichgewicht. Echte Seiltänzer halten aus demselben Grund eine lange gebogene Stange, die ihren Schwerpunkt unter das Seil verlagert.