Moment sile i zakon poluge
Zakon poluge
Sposobnost sile da nešto okrene oko oslonca ovisi i o tome koliko jako guraš i koliko daleko od oslonca guraš. Ista sila primijenjena dalje od oslonca stvara više obrtne snage, zato dugački ključ otpušta tvrdoglavu maticu lakše nego kratki.
Formula
τ = r · F
- τ — moment sile (N·m): obrtna snaga sile oko oslonca
- r — krak poluge (m): udaljenost od oslonca do mjesta djelovanja sile
- F — sila (N): potisak ili povlačenje okomito na krak poluge
Riješeni primjer
Guraš okomito na ključ u točki 0.5 metara od matice, silom od 20 N. Koliki moment sile primjenjuješ?
- r = 0.5 m
- F = 20 N
- τ = r · F
- τ = 0.5 m × 20 N
τ = 10 N·m
Testiraj se
Ista sila od 20 N sada se primjenjuje na kraku od 1 metar umjesto 0.5 metara. Koliki je novi moment?
- 10 N·m
- Točan odgovor: 20 N·m
- 40 N·m
Točno! Moment skalira izravno s krakom: 1 m × 20 N = 20 N·m.
Težina od 40 N sjedi 1 metar od oslonca na jednoj strani ljuljačke. Koliko je sile potrebno 2 metra od oslonca na drugoj strani za ravnotežu?
- Točan odgovor: 20 N
- 40 N
- 80 N
Upravo tako — ravnoteža znači r₁F₁ = r₂F₂: 1 m × 40 N = 2 m × F₂, pa je F₂ = 20 N.
Gdje ovo vidiš
Dugački ključ otpušta zaglavljenu maticu lakše od kratkog, kvaka na vratima sjedi daleko od šarafi da mali potisak njiše teška vrata, a ljuljačka je u ravnoteži kad laka osoba sjedi dalje od oslonca nego teška. Sva tri su isto pravilo: sila primijenjena dalje od oslonca ima veći okretni učinak.
Česte greške
Lako je misliti da veća sila uvijek pobjeđuje na osloncu, ali manja sila primijenjena dalje može pobijediti veću primijenjenu blizu — to je cijela poanta poluge. Učenici i protežu ideju predaleko: samo komponenta sile okomita na krak doprinosi momentu, pa sila koja gura ravno duž kraka prema osloncu ne okreće ništa.
Kako se povezuje
Moment sile je rotacijski blizanac drugog Newtonovog zakona — sila uzrokuje linearno ubrzanje, moment uzrokuje rotacijsko ubrzanje, s istom logikom pod kapom. Centripetalna sila, sljedeće, vraća se na pravocrtnu Newtonovu silu, ali za poseban slučaj nečega što se giba u kružnici umjesto da se okreće oko fiksnog oslonca.