Palanca: equilibrar moments
1 · Prediu
Una palanca està clavada al seu centre exacte, amb una empenta cap avall aplicada a cada extrem, a la mateixa distància del pivot. Si un costat empeny més fort que l'altre, la palanca bascula cap a l'empenta més forta, cap a la més feble o es queda equilibrada passi el que passi?
- Bascula cap a l'empenta més forta
- Es queda equilibrada passi el que passin les forces
- Bascula cap a l'empenta més feble
2 · Configura
- Obre el predefinit de la Palanca. Una biga rígida està clavada al centre; una força de 50 N cap avall s'aplica a 2 m del pivot a cada extrem.
- Fes clic a la fletxa de força esquerra de la biga i anota'n la força al panell de Propietats; després fes el mateix amb la fletxa de la dreta.
- Per a cada fila de sota, defineix les forces esquerra i dreta al panell de Propietats, executa la simulació, selecciona la biga i llegeix el valor del moment τ = r × F del panell Matemàtiques.
3 · Recull dades
| Força esquerra (N) | Força dreta (N) | Moment resultant (de la sim) (N·m) | τ = r × F (calculat) (N·m) |
|---|---|---|---|
| 50.00 | 50.00 | ||
| 50.00 | 80.00 | ||
| 70.00 | 40.00 |
Representa la diferència de forces (Força dreta − Força esquerra) a l'eix x contra el moment resultant mesurat a l'eix y. Què representa el pendent, i on creua el zero la línia?
4 · Analitza
- Per a cada fila, calcula a mà 2 m × (Força dreta − Força esquerra). Compara-ho amb el moment resultant llegit al panell Matemàtiques. Coincideixen?
- A la fila 1 les dues forces són iguals i la palanca es queda horitzontal. Què t'indica això sobre com s'han de relacionar forces i braços perquè qualsevol palanca s'equilibri?
5 · Amplia
- Les palanques reals — com un balancí amb dos passatgers de pes diferent — sovint necessiten braços desiguals, no forces desiguals, per equilibrar-se. Si la força del costat dret es quedés a 50 N però la seva distància al pivot es doblés a 4 m, quina força al braç esquerre (encara a 2 m) caldria per equilibrar-la?
- Una clau anglesa, un obrellaunes i unes tisores són totes palanques. Tria-ne una i identifica-ne el pivot, la força aplicada i la càrrega que mou — i després explica per què un mànec més llarg la fa més fàcil de fer servir.
La física al darrere d'aquest experiment
Moment
El moment és l'efecte giratori d'una força sobre un pivot: τ = r × F, on r és la distància del pivot al punt on actua la força. Una palanca s'equilibra quan els moments dels dos costats es cancel·len: forces iguals a distàncies iguals, o forces desiguals a distàncies inversament proporcionals.
Mecànica
- Tir parabòlic i energia cinètica
- Bola en una rampa: energia en un pla inclinat sense fricció
- Bloc en una rampa amb fricció: trobar el llindar de fricció estàtica
- Velocitat límit: caure amb arrossegament
- Laboratori de forces: segona llei de Newton
- Forces oposades: segona llei de Newton i quantitat de moviment
- Bola que rebota: pèrdua d'energia a l'impacte
- Col·lisions elàstiques i conservació de la quantitat de moviment
- Col·lisió inelàstica i conservació de la quantitat de moviment
- Pèndol de Newton: transferència de quantitat de moviment i energia
- Pèndol simple
- Massa en un moll: moviment harmònic simple
138 fulls de treball de laboratori de física gratuïts i imprimibles