Μοχλός: Ισορροπία ροπών

1 · Πρόβλεψε

Ένας μοχλός είναι καρφιτσωμένος στο ακριβές κέντρο του, με καθοδική ώθηση στο κάθε άκρο, στην ίδια απόσταση από το σημείο στήριξης. Αν η μία πλευρά σπρώχνει ισχυρότερα από την άλλη, ο μοχλός γέρνει προς την ισχυρότερη ώθηση, προς την αδύνατη, ή μένει ισορροπημένος ό,τι κι αν γίνει;

2 · Διάταξη

  1. Άνοιξε την προεπιλογή Μοχλός. Μια άκαμπτη δοκός είναι καρφιτσωμένη στο κέντρο της· καθοδική δύναμη 50 N ασκείται 2 m από το σημείο στήριξης σε κάθε άκρο.
  2. Κάνε κλικ στο αριστερό βέλος δύναμης στη δοκό και σημείωσε την έντασή του στο πάνελ Ιδιότητες, μετά κάνε κλικ στο δεξί βέλος δύναμης και κάνε το ίδιο.
  3. Για κάθε γραμμή παρακάτω, ρύθμισε τις εντάσεις αριστερής και δεξιάς δύναμης στο πάνελ Ιδιότητες ώστε να ταιριάζουν, τρέξε την προσομοίωση, επίλεξε τη δοκό, και διάβασε την τιμή ροπής τ = r × F από το πάνελ Μαθηματικά.

3 · Συλλογή Δεδομένων

Αριστερή δύναμη (N)Δεξιά δύναμη (N)Συνισταμένη ροπή (από προσομοίωση) (N·m)τ = r × F (υπολογισμένη) (N·m)
50.0050.00
50.0080.00
70.0040.00

Χάραξε τη διαφορά δυνάμεων (Δεξιά δύναμη − Αριστερή δύναμη) στον άξονα x έναντι της συνισταμένης ροπής που μέτρησες στον άξονα y. Τι αναπαριστά η κλίση, και πού διασχίζει η γραμμή το μηδέν;

4 · Ανάλυση

  1. Για κάθε γραμμή, υπολόγισε 2 m × (Δεξιά δύναμη − Αριστερή δύναμη) με το χέρι. Σύγκρινέ το με τη συνισταμένη ροπή που διάβασες από το πάνελ Μαθηματικά της προσομοίωσης. Ταιριάζουν;
  2. Στη γραμμή 1 οι δύο δυνάμεις είναι ίσες και ο μοχλός μένει οριζόντιος. Τι σου λέει αυτό για το πώς πρέπει να σχετίζονται δυνάμεις και μήκη βραχιόνων για να ισορροπήσει οποιοσδήποτε μοχλός;

5 · Επέκταση

  1. Πραγματικοί μοχλοί — όπως τραμπάλα με δύο αναβάτες διαφορετικού βάρους — συχνά χρειάζονται άνισα μήκη βραχιόνων, όχι άνισες δυνάμεις, για να ισορροπήσουν. Αν η δύναμη της δεξιάς πλευράς έμενε στα 50 N αλλά η απόστασή της από το σημείο στήριξης διπλασιαζόταν στα 4 m, ποια δύναμη στον αριστερό βραχίονα (ακόμη στα 2 m) θα χρειαζόταν για να την ισορροπήσει;
  2. Ένα κλειδί υποδοχής, ένα ανοιχτήρι μπουκαλιών και ένα ψαλίδι είναι όλα μοχλοί. Διάλεξε ένα και ταυτοποίησε το σημείο στήριξης, την ασκούμενη δύναμη και το φορτίο που μετακινεί — και μετά εξήγησε γιατί μακρύτερη λαβή κάνει πιο εύκολη τη χρήση.

Η Φυσική Πίσω από Αυτό το Πείραμα

Ροπή

Η ροπή είναι το περιστροφικό αποτέλεσμα μιας δύναμης γύρω από σημείο στήριξης: τ = r × F, όπου r είναι η απόσταση από το σημείο στήριξης έως όπου δρα η δύναμη. Ένας μοχλός ισορροπεί όταν οι ροπές από τις δύο πλευρές αλληλοαναιρούνται — ίσες δυνάμεις σε ίσες αποστάσεις, ή άνισες δυνάμεις σε αντιστρόφως ανάλογες αποστάσεις.

← Πίσω στο πείραμα

Μηχανική

138 δωρεάν εκτυπώσιμα φύλλα εργασίας φυσικής