不均等てこ：てこの原理

1 · 予測

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？

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。

左の力 (N)	右の力 (N)	合トルク（シミュレーション） (N·m)	τ = r × F（計算値） (N·m)
50.00	100.00
50.00	50.00
20.00	100.00

力の差（右の力 − 左の力）を横軸、測定した合トルクを縦軸にプロットします — 腕が不均等なので、トルクは 1 m × 右の力 − 2 m × 左の力です。傾きは何を表し、直線はどこでゼロになりますか？

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？

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。

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。