力学
均等てこ
両端に等しい力が下向きに働きます。等しい腕と等しい力 → トルクが打ち消し合う (τ = r × F) → てこは水平のまま。インスペクターで一方の力を変えて傾きを見てください。
均等てこ — インタラクティブな力学シミュレーション。両端に等しい力が下向きに働きます。等しい腕と等しい力 → トルクが打ち消し合う (τ = r × F) → てこは水平のまま。インスペクターで一方の力を変えて傾きを見てください。 ブラウザで使える無料の仮想物理実験室。SI 単位のライブ測定とガイド付きチュートリアルを備えています。
トルクとてこ
合力トルクがゼロでないとき、てこは回転します。同じ大きさの力でも支点から遠いほど大きなトルクを生みます。
トルク τ = r × F は力と力の腕の両方に依存します。反対側で等しい距離の等しい力は平衡できますが、距離や力を変えるとてこは傾きます。
- τ = rF sin θ
- 平衡時は Στ = 0
捜査概要
ラボを開く前に質問を計画する
このブリーフは事前レンダリングされたページを反映しています。探究の問い、競合する予測、変数の役割、支配する法則、設定、分析と発展の問いを、この順序で表示します。
運転に関する質問
中心に固定したてこの両端を同じ距離から下向きに押します。一方を強く押すと、てこは強い側、弱い側へ傾くでしょうか、それとも常につり合うでしょうか？
検討する予測
- 強い押す側へ傾きます
- 力に関係なくつり合います
- 弱い押す側へ傾きます
可変的な役割
設定するもの：
- 左の力 (N)
- 右の力 (N)
測定するもの：
- 合トルク（シミュレーション） (N·m)
- τ = r × F（計算値） (N·m)
実験の進め方
- Lever プリセットを開きます。剛体棒は中心で固定され、両端の支点から 2 m の位置に 50 N の下向きの力が働きます。
- 棒の左の力矢印をクリックして Inspector の強さを確認し、右の矢印でも同様にします。
- 各行で Inspector の左右の力を設定し、シミュレーションを実行します。棒を選択し、Math パネルの τ = r × F を読み取ります。
支配方程式
トルク — τ = r × F
トルクは支点まわりの力の回転効果で、τ = r × F です。r は支点から力の作用点までの距離です。両側のトルクが相殺するとてこはつり合います。
印刷用ワークシートで生徒が求めるもの
- 各行で 2 m × (右の力 − 左の力) を手計算し、Math パネルの合トルクと比較します。一致しますか？
- 1行目では2つの力が等しく、てこは水平を保ちます。てこがつり合うには力と腕の長さがどのように関係すべきか説明します。
実験以外での活用
- 実際のてこ（体重の異なる二人が乗るシーソーなど）では、力ではなく腕の長さを異ならせてつり合わせます。右側の力が 50 N のまま距離が 4 m に倍増したら、2 m の左腕には何 N が必要ですか？
- レンチ、栓抜き、はさみはいずれもてこです。1つを選び、支点、加える力、動かす荷重を特定し、柄が長いと使いやすい理由を説明します。
- 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
- てこへようこそ
- てこを選択
- 再生
- トルクの平衡
- データを開く
- 完了です！
インタラクティブなシミュレーションを開いてシーンを構築し、再生ボタンを押し、リアルタイム測定とガイド付きチュートリアルで探索しましょう。