역학
부등 지레
2m 팔에 가한 50N의 밀기는 1m 팔에 가한 100N의 밀기와 균형을 이룹니다 — 다른 힘으로 같은 토크(τ = r × F). 검사기에서 한쪽 힘을 바꿔 기울어짐을 보세요.
부등 지레 — 인터랙티브 역학 시뮬레이션. 2m 팔에 가한 50N의 밀기는 1m 팔에 가한 100N의 밀기와 균형을 이룹니다 — 다른 힘으로 같은 토크(τ = r × F). 검사기에서 한쪽 힘을 바꿔 기울어짐을 보세요. 실시간 SI 측정값과 안내형 튜토리얼을 제공하는 무료 브라우저 기반 가상 물리 실험실입니다.
토크와 지레
지점 양쪽의 토크가 같을 때 지레는 균형을 이룹니다 — 짧은 팔에 가하는 힘은 긴 팔에 맞추기 위해 더 커야 합니다.
토크 τ = r × F는 힘과 지렛대 팔에 모두 의존합니다. 지점이 중심에 있는 경우, 지점에서 2m 떨어진 50N의 힘은 1m 떨어진 100N의 힘과 균형을 이룹니다: 50 × 2 = 100 × 1.
- τ = rF sin θ
- 평형 상태에서 Στ = 0
조사 개요
랩을 열기 전에 질문을 계획하세요.
이 브리프는 사전 렌더링된 페이지를 반영합니다. 탐구 질문, 서로 다른 예측, 변수의 역할, 지배 법칙, 설정, 분석 및 확장 질문을 이 순서로 계속 표시합니다.
운전 질문
이 지레의 지점은 고전적인 지레처럼 중심에 있습니다 — 하지만 오른쪽 힘은 지점에서 1m 떨어진 곳에만 작용하고 왼쪽 힘은 2m 떨어져 있습니다. 2m 거리에서의 50N 밀기가 1m 거리에서의 밀기와 균형을 이룬다면, 그 힘은 50N보다 클까요, 같을까요, 작을까요?
검토할 예측
- 50N보다 큽니다
- 50N과 같습니다
- 50N보다 작습니다
다양한 역할
설정하는 것:
- 왼쪽 힘 (N)
- 오른쪽 힘 (N)
측정하는 것:
- 순 토크(sim에서) (N·m)
- τ = r × F(계산됨) (N·m)
실험 진행 방법
- 부등 레버 프리셋을 엽니다. 단단한 빔은 고전적인 레버처럼 정확히 중심에 고정되어 있습니다 — 하지만 두 아래 방향 힘은 서로 다른 거리에서 작용합니다: 왼쪽 2m, 오른쪽 1m. 50N의 아래 방향 힘이 2m 지점을 밉니다.
- 빔의 왼쪽 힘 화살표를 클릭하여 검사기에서 강도를 확인하고, 오른쪽 힘 화살표도 같은 방법으로 확인합니다. 두 팔의 길이가 다르다는 점에 주목하세요.
- 아래의 각 행에 대해 검사기에서 왼쪽과 오른쪽 힘 강도를 설정하고, 시뮬레이션을 실행한 다음 빔을 선택하고 수학 패널에서 τ = r × F 토크 값을 읽으십시오.
지배방정식
토크 — τ = r × F
토크는 지점에 대한 힘의 회전 효과입니다. τ = r × F, 여기서 r은 지점에서 힘이 작용하는 지점까지의 거리입니다. 팔이 다른 경우, 같은 토크에는 다른 힘이 필요합니다 — 지점에서 2m 떨어진 50N의 힘은 1m 떨어진 100N의 힘과 균형을 이룹니다. 둘 다 100N·m이기 때문입니다.
인쇄용 실험지에서 학생이 계산할 내용
- 각 행에 대해 1m × 오른쪽 힘 − 2m × 왼쪽 힘을 직접 계산합니다. 이를 시뮬레이션의 수학 패널에서 읽은 순 토크와 비교하십시오. 일치합니까?
- 1행에서 2m 팔의 50N 밀기는 1m 팔의 100N 밀기와 균형을 이룹니다 — 힘은 다르지만 토크는 같습니다. 레버가 균형을 이루려면 힘과 지점으로부터의 거리는 어떤 관계를 가져야 합니까?
실험 밖에서의 활용
- 손수레도 레버입니다: 짐이 바퀴(지점) 가까이 있는 동안 손잡이는 바퀴에서 약 2m 떨어진 곳에서 들어 올립니다. 짐이 200N이고 바퀴에서 0.5m 떨어져 있다면, 균형을 맞추려면 손잡이에 얼마나 큰 위쪽 힘을 가해야 합니까? 짐이 트레이 맨 끝에 있다면 얼마가 필요합니까?
- 못을 뽑는 클로 해머, 지렛대, 호두까개는 모두 팔이 다른 레버입니다. 하나를 선택하고 지점, 가해지는 힘, 움직이는 하중을 확인한 다음 왜 짧은 팔이 하중 쪽인지 설명합니다.
- 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
- 부등 지레에 오신 것을 환영합니다
- 지레 선택
- 재생 누르기
- 다른 팔, 같은 토크
- 데이터 열기
- 잘했어요!
대화형 시뮬레이션을 열어 장면을 빌드하고 재생을 누른 뒤, 실시간 측정 및 가이드 튜토리얼과 함께 탐구해 보세요.