力学
不均等てこ
2 m の腕への 50 N の押しは 1 m の腕への 100 N の押しとつり合います — 異なる力で等しいトルク (τ = r × F)。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。
不均等てこ — インタラクティブな力学シミュレーション。2 m の腕への 50 N の押しは 1 m の腕への 100 N の押しとつり合います — 異なる力で等しいトルク (τ = r × F)。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
支点の両側のトルクが等しいとき、てこはつり合います — 短い腕にかかる力は、長い腕に合わせるためにより大きくする必要があります。
トルク τ = r × F は力と腕の長さの両方に依存します。支点が中心にある場合、支点から 2 m の位置の 50 N の力は 1 m の位置の 100 N の力とつり合います：50 × 2 = 100 × 1。
- 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
このてこの支点は古典的なてこと同じく中心にあります — しかし、右の力は支点からわずか 1 m の位置にかかり、左の力は 2 m 離れています。2 m の位置での 50 N の押しが 1 m の位置での押しでつり合うとき、その力は 50 N より大きいですか、同じですか、それとも小さいですか？
検討する予測
- 50 N より大きい
- 同じ — 50 N
- 50 N より小さい
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
- 不均等てこプリセットを開きます。剛体の棒は古典的なてこと同じく正確に中心で固定されています — しかし、二つの下向きの力は異なる距離でかかります：左が 2 m、右が 1 m。50 N の下向きの力は 2 m の目盛りの位置を押します。
- 棒の左の力矢印をクリックして Inspector で強さを確認し、次に右の力矢印も同様に確認します。2 つの腕の長さが異なることに注目してください。
- 下の各行で 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 トルク値を読み取ります。
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。腕の長さが異なるとき、等しいトルクには異なる力が必要です — 支点から 2 m の 50 N は 1 m の 100 N とつり合います。どちらも 100 N·m だからです。
印刷用ワークシートで生徒が求めるもの
- 各行で 1 m × 右の力 − 2 m × 左の力 を手計算し、シミュレーションの Math パネルから読み取った合トルクと比較します。一致しますか？
- 1行目では、2 m の腕への 50 N の押しが 1 m の腕への 100 N の押しとつり合っています — 力は異なるがトルクは等しい。てこがつり合うには、力と支点からの距離はどうあるべきですか？
実験以外での活用
- 手押し車もてこです：荷物が車輪（支点）の近くにある一方、腕で持ち上げる把手は車輪から約 2 m の位置にあります。荷物が 200 N で車輪から 0.5 m の位置にあるとき、つり合わせるには把手にどれだけの上向きの力を加える必要がありますか？荷物がトレイの一番端にある場合はどうなりますか？
- 釘を抜くバールハンマー、かなてこ、くるみ割り器はすべて腕の長さが異なるてこです。1つを選び、支点、加える力、動かす荷重を特定し、なぜ短い腕が荷重側にあるのか説明します。
- 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
- 不均等てこへようこそ
- てこを選択
- 再生を押す
- 異なる腕、等しいトルク
- データを開く
- やりました！
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。