Mekaniikka

Epätasavipu

50 N:n työntö 2 m:n varrella tasapainottaa 100 N:n työnnön 1 m:n varrella – yhtä suuret väännöt (τ = r × F) erisuuruisista voimista. Muuta toista voimaa Ominaisuudet-paneelissa nähdäksesi sen kallistuvan.

Epätasavipu – interaktiivinen Mekaniikka-simulaatio. 50 N:n työntö 2 m:n varrella tasapainottaa 100 N:n työnnön 1 m:n varrella – yhtä suuret väännöt (τ = r × F) erisuuruisista voimista. Muuta toista voimaa Ominaisuudet-paneelissa nähdäksesi sen kallistuvan. Ilmainen selaimessa toimiva virtuaalinen fysiikkalaboratorio, jossa on reaaliaikaiset SI-mittaukset ja opastettu tutoriaali.

Vääntömomentti ja vivut

Vipu on tasapainossa, kun väännöt tukipisteen molemmin puolin ovat yhtä suuret – lyhyemmällä varrella vaikuttavan voiman on oltava suurempi vastatakseen pidempää varrea.

Vääntömomentti τ = r × F riippuu sekä voimasta että vivun varresta. Tukipisteen ollessa keskellä 50 N voima 2 m:n etäisyydellä tukipisteestä tasapainottaa 100 N voiman 1 m:n etäisyydellä: 50 × 2 = 100 × 1.

• τ = rF sin θ
• Στ = 0 tasapainossa

Tutkimustiivistelmä

Suunnittele kysymys ennen laboratorion avaamista

Tiivistelmä vastaa esirendattua sivua: tutkimuskysymys, kilpailevat ennusteet, muuttujien roolit, hallitsevat lait, kokoonpano sekä analyysi- ja laajennuskysymykset pysyvät näkyvissä tässä järjestyksessä.

Tutkimuskysymys

Tämän vivun tukipiste on keskellä, aivan kuten klassisessa vivussa – mutta oikea voima kohdistuu vain 1 m:n etäisyydelle tukipisteestä, kun taas vasen voima on 2 m:n päässä. Jos 50 N työntö 2 m:n etäisyydellä on tasapainotettu työnnöllä 1 m:n etäisyydellä, onko se voima suurempi, yhtä suuri vai pienempi kuin 50 N?

Punniteltavat ennusteet

• Se on suurempi kuin 50 N
• Se on yhtä suuri – 50 N
• Se on pienempi kuin 50 N

Muuttujien roolit

Mitä asetat:

• Vasen voima (N)
• Oikea voima (N)

Mitä mittaat:

• Resultaanttivääntö (simulaatiosta) (N·m)
• τ = r × F (laskettu) (N·m)

Miten tutkimus etenee

1. Avaa Epätasavipu-esiasetuksen. Jäykkä palkki on kiinnitetty tarkasta keskustaan, kuten klassisessa vivussa – mutta kaksi alaspäin suuntautuvaa voimaa kohdistuu eri etäisyyksille: 2 m vasemmalla, 1 m oikealla. 50 N alaspäin suuntautuva voima työntää 2 m merkinnässä.
2. Napsauta vasenta voimanuolta palkissa ja kirjaa sen suuruus Ominaisuudet-paneelissa, napsauta sitten oikeaa voimanuolta ja tee sama. Huomaa, että varret ovat eripituiset.
3. Jokaiselle alla olevalle riville aseta vasemman ja oikean voiman suuruudet Ominaisuudet-paneelissa täsmäämään, suorita simulaatio, valitse palkki ja lue τ = r × F -vääntöarvo matematiikkapaneelista.

Hallitseva yhtälö

Vääntömomentti — τ = r × F

Vääntömomentti on voiman kääntävä vaikutus tukipisteen ympäri: τ = r × F, jossa r on etäisyys tukipisteestä siihen kohtaan, jossa voima vaikuttaa. Eripituisilla varret yhtä suuret väännöt vaativat erisuuruisia voimia – 50 N voima 2 m:n etäisyydellä tukipisteestä tasapainottaa 100 N voiman 1 m:n päässä, koska molemmat tekevät 100 N·m.

Mitä tulostettava työarkki pyytää opiskelijoita selvittämään

• Jokaiselle riville laske 1 m × oikea voima − 2 m × vasen voima käsin. Vertaa sitä resultanttivoimaan, jonka luit simulaation matematiikkapaneelista. Ovatko ne yhtä suuret?
• Rivillä 1 50 N työntö 2 m:n varrella tasapainottaa 100 N työnnön 1 m:n varrella – eri voimat, yhtä suuret väännöt. Minkä on oltava totta voimalle ja sen etäisyydelle tukipisteestä, jotta vipu on tasapainossa?

Missä tämä näkyy laboratorion ulkopuolella

• Kottikärryt ovat myös vipu: käsivarret nostavat kahvoja noin 2 m:n etäisyydellä pyörästä (tukipisteestä), kun taas kuorma on lähellä pyörää. Jos kuorma painaa 200 N ja on 0.5 m:n etäisyydellä pyörästä, minkä suuruinen ylöspäin suuntautuva voima sinun on kohdistettava kahvoihin sen tasapainottamiseksi? Mitä tarvitsisit, jos kuorma olisi astian hyvin päädyssä?
• Kynsinaulapihti naulaa vetämässä, kaulin ja pähkinänsärkijä ovat kaikki vivut eripituisilla varsilla. Valitse yksi ja tunnista sen tukipiste, kohdistettu voima ja siirtämä kuorma – selitä sitten, miksi lyhyt varsi on kuorman puolella.

• AP Physics 1 — Unit 5: Torque and Rotational Dynamics
• AP Physics C: Mechanics — Unit 5: Torque and Rotational Dynamics
• IB Physics — A.4 Rigid body mechanics
• General High School Physics — Rotation, gravitation & orbits
• NGSS High School Physics — Forces and Newton's second law

1. Tervetuloa epätasavipuun
2. Valitse vipu
3. Paina Toista
4. Eripitkät varret, yhtä suuret väännöt
5. Avaa data
6. Onnistuit!

Avaa interaktiivinen simulaatio rakentaaksesi kohtauksen, paina Toista ja tutki reaaliaikaisten mittausten ja opastetun tutoriaalin kanssa.

Avaa interaktiivinen laboratorio →

Lataa työarkki →

Vääntömomentti ja vipulaki