Palanca: Equilibrio de pares
1 · Predecir
Una palanca está fijada en su centro exacto, con un empuje hacia abajo aplicado en cada extremo, a la misma distancia del pivote. Si un lado empuja más fuerte que el otro, ¿la palanca se inclina hacia el empujón más fuerte, hacia el empujón más débil o permanece equilibrada pase lo que pase?
- Se inclina hacia el momento más fuerte
- Se mantiene equilibrado sin importar las fuerzas.
- Se inclina hacia el empuje más débil.
2 · Configurar
- Abra el preajuste de palanca. Una viga rígida está fijada en su centro; se aplica una fuerza hacia abajo 50 N 2 m desde el pivote en cada extremo.
- Haga clic en la flecha de fuerza izquierda en la viga y observe su fuerza en el Inspector, luego haga clic en la flecha de fuerza derecha y haga lo mismo.
- Para cada fila a continuación, establezca las intensidades de fuerza izquierda y derecha en el Inspector para que coincidan, ejecute la simulación, seleccione la viga y lea el valor de torsión τ = r × F en el panel Matemático.
3 · Recopilar Datos
| Fuerza izquierda (N) | Fuerza correcta (N) | Par neto (según la simulación) (N·m) | τ = r × F (calculado) (N·m) |
|---|---|---|---|
| 50.00 | 50.00 | ||
| 50.00 | 80.00 | ||
| 70.00 | 40.00 |
Grafique la diferencia de fuerza (Fuerza derecha - Fuerza izquierda) en el eje x frente al torque neto que midió en el eje y. ¿Qué representa la pendiente y dónde cruza la línea el cero?
4 · Analizar
- Para cada fila, calcule 2 m × (Fuerza derecha - Fuerza izquierda) a mano. Compáralo con el par neto que lees en el panel de matemáticas del simulador. ¿Coinciden?
- En la fila 1 las dos fuerzas son iguales y la palanca permanece nivelada. ¿Qué te dice eso acerca de cómo deben relacionarse las fuerzas y la longitud de los brazos para que cualquier palanca se equilibre?
5 · Ampliar
- Las palancas reales, como un balancín con dos usuarios de diferente peso, a menudo necesitan longitudes de brazos desiguales, no fuerzas desiguales, para equilibrarse. Si la fuerza del lado derecho permaneciera en 50 N pero su distancia desde el pivote se duplicara a 4 m, ¿qué fuerza sobre el brazo izquierdo (aún en 2 m) se necesitaría para equilibrarlo?
- Una llave inglesa, un abridor de botellas y unas tijeras son palancas. Elija uno e identifique su pivote, su fuerza aplicada y la carga que mueve; luego explique por qué un mango más largo hace que sea más fácil de usar.
La física detrás de este experimento
par
El par es el efecto de giro de una fuerza sobre un pivote: τ = r × F, donde r es la distancia desde el pivote hasta donde actúa la fuerza. Una palanca se equilibra cuando los pares de ambos lados se cancelan: fuerzas iguales a distancias iguales o fuerzas desiguales a distancias inversamente proporcionales.