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'ungles traient un clau, una palanca de ferro i un trencanous són totes palanques de braços desiguals. Tria'n una i identifica'n el pivot, la força aplicada i la càrrega que mou — i després explica per què el braç curt és el del costat de la càrrega.
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