Palanca desigual: avantatge mecànic
1 · Prediu
El pivot d'aquesta palanca és centrat, igual que el de la palanca clàssica, però la força dreta s'aplica només a 1 m del pivot mentre l'esquerra és a 2 m. Si una empenta de 50 N a la distància de 2 m queda equilibrada per una empenta a la distància d'1 m, és aquella força més gran, igual o més petita que 50 N?
- És més gran que 50 N
- És la mateixa: 50 N
- És més petita que 50 N
2 · Configura
- Obre el predefinit de la Palanca desigual. Una biga rígida està clavada al seu centre exacte, com la palanca clàssica, però les dues forces cap avall s'apliquen a distàncies diferents: 2 m a l'esquerra, 1 m a la dreta. Una força de 50 N cap avall empeny a la marca de 2 m.
- 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. Fixa't que els dos braços tenen longituds diferents.
- 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 | 100.00 | ||
| 50.00 | 50.00 | ||
| 20.00 | 100.00 |
Representa la diferència de forces (Força dreta − Força esquerra) a l'eix x contra el moment resultant mesurat a l'eix y — recorda que els braços són desiguals, de manera que el moment és 1 m × Força dreta − 2 m × Força esquerra. Què representa el pendent, i on creua el zero la línia?
4 · Analitza
- Per a cada fila, calcula a mà 1 m × Força dreta − 2 m × Força esquerra. Compara-ho amb el moment resultant llegit al panell Matemàtiques. Coincideixen?
- A la fila 1 l'empenta de 50 N al braç de 2 m equilibra l'empenta de 100 N al braç d'1 m: forces diferents, moments iguals. Què ha de ser cert sobre una força i la seva distància al pivot perquè una palanca s'equilibri?
5 · Amplia
- Una carretilla també és una palanca: els teus braços aixequen els mànecs a uns 2 m de la roda (el pivot) mentre la càrrega seu a prop de la roda. Si la càrrega pesa 200 N i seu a 0,5 m de la roda, quina força cap amunt has d'aplicar als mànecs per equilibrar-la? I què caldria si la càrrega seies al mateix extrem de la caixa?
- Un martell d'arrancar claus traient un clau, una palanca de ferro i un trencanous són totes palanques de braços desiguals.
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. Amb braços desiguals, moments iguals necessiten forces desiguals: una força de 50 N a 2 m del pivot equilibra una de 100 N a 1 m, perquè totes dues fan 100 N·m.
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