Het zwaartepunt is het punt waar het gewicht van een voorwerp als het ware samenkomt. Een voorwerp is in evenwicht als het zwaartepunt recht boven of onder zijn steunpunt ligt. Of het na een duwtje terugkeert of omvalt, hangt af van het soort evenwicht: stabiel, labiel of indifferent.
Wat is een zwaartepunt?
Alles wat gewicht heeft, wordt door de zwaartekracht naar beneden getrokken. Dat geldt voor elk stukje van een voorwerp. Toch kun je doen alsof al dat gewicht op één plek zit. Die plek heet het zwaartepunt.
Bij een bal of een blokje dat overal even zwaar is, ligt het zwaartepunt precies in het midden. Maar is een voorwerp aan één kant zwaarder, dan schuift het zwaartepunt die kant op. Bij een hamer ligt het bijvoorbeeld dicht bij de zware kop. En bij een tuimelaar ligt het diep in de verzwaarde voet.
Uitleg voor kinderen: stel je voor dat je een voorwerp op één vinger wilt laten balanceren. Het plekje waar dat lukt, daar zit (ongeveer) het zwaartepunt.
Drie soorten evenwicht
Natuurkundigen onderscheiden drie soorten evenwicht. Het verschil zie je als je een voorwerp een klein duwtje geeft.
| Soort evenwicht | Wat gebeurt er na een duwtje? | Voorbeeld |
|---|---|---|
| Stabiel | Het voorwerp keert terug naar zijn plek. Het zwaartepunt ging omhoog en zakt weer. | Tuimelaar, knikker in een kom |
| Labiel | Het voorwerp valt om. Het zwaartepunt zakt meteen lager. | Potlood op zijn punt, knikker op een omgekeerde kom |
| Indifferent | Het voorwerp blijft in de nieuwe stand liggen. Het zwaartepunt blijft even hoog. | Bal op een vlakke tafel |
De vuistregel: een voorwerp wil zijn zwaartepunt altijd zo laag mogelijk krijgen. Als een duwtje het zwaartepunt optilt, rolt het terug. Dat is precies wat er gebeurt bij al het wiebelspeelgoed.
Hoe vind je het zwaartepunt?
Bij een plat voorwerp, zoals een stuk karton, kun je het zwaartepunt eenvoudig zelf vinden met de schietloodmethode:
- Prik een gaatje vlak bij de rand van het karton en hang het los op aan een punaise.
- Hang aan dezelfde punaise een touwtje met een klein gewichtje (een schietlood).
- Trek langs het touwtje een rechte lijn op het karton.
- Herhaal dat vanuit een ander gaatje aan de rand.
- Waar de twee lijnen elkaar kruisen, ligt het zwaartepunt.
Bij driedimensionale voorwerpen is het lastiger, maar het principe blijft hetzelfde: het zwaartepunt hangt altijd recht onder het ophangpunt.
Drie eenvoudige proefjes voor thuis
Proefje 1: de balancerende vork
Steek twee vorken in elkaar zodat ze een V-vorm maken. Prik er een tandenstoker tussen en leg de punt van de tandenstoker op de rand van een glas. Tot ieders verbazing blijft het geheel hangen. Het zwaartepunt ligt namelijk onder het steunpunt, tussen de vorken in.
Proefje 2: het opstaande ei
Neem een plastic paasei dat je kunt openen. Doe een stukje boetseerklei of een paar knikkers onderin en druk ze vast. Sluit het ei en duw het om. Het staat telkens weer op. Zonder gewicht rolt het gewoon weg. Zo maak je in twee minuten je eigen tuimelaar.
Proefje 3: de hellende toren
Stapel een paar blokken of boeken en schuif elke laag een beetje verder uit. Hoe ver kun je gaan voor de toren omvalt? Hij valt zodra het zwaartepunt van de bovenste blokken niet meer boven het onderste steunvlak ligt.
Doe de proefjes met kleine kinderen altijd samen. Knikkers, tandenstokers en kleine stukjes klei horen niet in handen van kinderen onder 3 jaar. Meer tips vind je bij veilig speelgoed kiezen.
Zelfrichtend zonder gewicht: de uitzondering
Bijna alle zelfrichtende voorwerpen gebruiken extra gewicht onderaan. Er bestaat één beroemde uitzondering: de Gömböc. Dat is een wiskundig object dat overal even zwaar is en zich toch altijd in dezelfde stand opricht, alleen door zijn vorm. Het laat zien hoe verrassend evenwicht kan zijn.
Wat heeft dit met het Wubbeloqtje te maken?
Een Wubbeloqtje is een schoolvoorbeeld van stabiel evenwicht. Onderaan zit een bolle, verzwaarde voet: de wieg. Het buikje erboven is hol en licht. Daardoor ligt het zwaartepunt heel laag. Duw je het figuurtje scheef, tot ongeveer 60 graden, dan tilt je het zwaartepunt een beetje op. De zwaartekracht trekt het terug, het schiet even door en wiebelt uit. Dat duurt bij een goed exemplaar zo’n 4 tot 7 seconden.
Tijdens dat wiebelen rollen de twee tikbolletjes in de qt-kamer heen en weer en tikken ze ‘qt-qt’. Een goed Wubbeloqtje tikt minstens drie keer na één duw: de Regel van Drie. Hoe de wieg, het buikje en de qt-kamer precies samenwerken, lees je bij hoe een Wubbeloqtje werkt.
Wil je het proefje met het opstaande ei verder uitwerken? Volg dan onze handleiding om zelf een Wubbeloqtje te maken. En zoek je manieren om er met kinderen over te praten, kijk dan bij Wubbeloqtjes voor kinderen. Zo wordt natuurkunde meteen een spelletje.
Veelgestelde vragen
Wat is een zwaartepunt?
Het zwaartepunt is het punt waar je het hele gewicht van een voorwerp als het ware samengebald kunt denken. Ondersteun je een voorwerp precies onder dat punt, dan blijft het in evenwicht.
Wat is het verschil tussen stabiel en labiel evenwicht?
Bij stabiel evenwicht keert een voorwerp na een duwtje terug naar zijn plek, zoals een tuimelaar. Bij labiel evenwicht valt het bij het kleinste duwtje om, zoals een potlood op zijn punt.
Hoe vind je het zwaartepunt van een plat voorwerp?
Hang het op aan een punaise vlak bij de rand en trek met een schietlood een verticale lijn. Doe dat opnieuw vanuit een ander punt. Waar de lijnen elkaar kruisen, ligt het zwaartepunt.
Waarom komt een Wubbeloqtje altijd terug rechtop?
Omdat het zwaartepunt diep in de verzwaarde wieg ligt. Scheef duwen tilt het zwaartepunt op, en de zwaartekracht trekt het terug. Lees meer bij hoe een Wubbeloqtje werkt.