Emelő: forgatónyomatékok kiegyensúlyozása

1 · Jóslás

Egy emelő a pontos közepén van rögzítve, mindkét végén lefelé irányuló erő hat, a forgásponttól azonos távolságra. Ha az egyik oldal nagyobb erőt fejt ki, mint a másik, az emelő az erősebb tolás, a gyengébb tolás felé billen, vagy kiegyensúlyozott marad, bármilyen erőkkel?

2 · Előkészítés

  1. Nyisd meg az Emelő előbeállítást. Egy merev gerenda a pontos közepén van rögzítve; 50 N-os lefelé irányuló erő hat 2 m-re a forgásponttól mindkét végen.
  2. Kattints a bal erőnyílra a gerendán, és jegyezd fel a nagyságát a Tulajdonságok panelen, majd ugyanezt tedd a jobb erőnyíllal.
  3. Minden alábbi sorhoz állítsd be a bal és jobb erő nagyságát a Tulajdonságok panelen, futtasd a szimulációt, válaszd ki a gerendát, és olvasd le a τ = r × F forgatónyomaték-értéket a Matek panelről.

3 · Adatgyűjtés

Bal erő (N)Jobb erő (N)Eredő forgatónyomaték (a szimulációból) (N·m)τ = r × F (számított) (N·m)
50.0050.00
50.0080.00
70.0040.00

Ábrázold az erőkülönbséget (Jobb erő − Bal erő) az x-tengelyen a mért eredő forgatónyomatékkal az y-tengelyen. Mit jelent a meredekség, és hol metszi a vonal a nullát?

4 · Elemzés

  1. Minden sornál számítsd ki kézzel a 2 m × (Jobb erő − Bal erő)-t. Hasonlítsd a szimuláció Matek paneljéről olvasott eredő forgatónyomatékhoz. Egyeznek?
  2. Az 1. sorban a két erő egyenlő, és az emelő vízszintes marad. Mit mond ez el arról, hogyan kell viszonyulniuk az erőknek és karhosszaknak, hogy bármelyik emelő kiegyensúlyozzon?

5 · Kiterjesztés

  1. A valódi emelők — például egy hinta, amelyen két különböző súlyú gyerek ül — gyakran egyenlőtlen karhosszakat igényelnek az egyensúlyhoz, nem egyenlőtlen erőket. Ha a jobb oldal ereje 50 N-on marad, de a forgásponttól való távolsága 4 m-re duplázódik, milyen erő kellene a bal karra (még mindig 2 m-re) az egyensúlyhoz?
  2. Egy csavarkulcs, egy sörnyitó és egy olló mind emelő. Válassz egyet, és azonosítsd a forgáspontját, az alkalmazott erőt és a mozgatott terhet — majd magyarázd meg, miért könnyíti meg a használatot a hosszabb nyél.

A fizika a kísérlet mögött

Forgatónyomaték

A forgatónyomaték egy erő forgáspont körüli forgató hatása: τ = r × F, ahol r a forgásponttól az erő hatáspontjáig mért távolság. Az emelő akkor kiegyensúlyozott, amikor a két oldal forgatónyomatékai kioltják egymást — egyenlő erők egyenlő távolságokban, vagy egyenlőtlen erők fordítottan arányos távolságokban.

← Vissza a kísérlethez

Mechanika

138 ingyenes nyomtatható fizikai munkalap