부등 레버: 지렛대 원리

1 · 예측

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?

• 50N보다 큽니다
• 50N과 같습니다
• 50N보다 작습니다

2 · 설정

1. 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.
2. 빔의 왼쪽 힘 화살표를 클릭하여 검사기에서 강도를 확인하고, 오른쪽 힘 화살표도 같은 방법으로 확인합니다. 두 팔의 길이가 다르다는 점에 주목하세요.
3. 아래의 각 행에 대해 검사기에서 왼쪽과 오른쪽 힘 강도를 설정하고, 시뮬레이션을 실행한 다음 빔을 선택하고 수학 패널에서 τ = r × F 토크 값을 읽으십시오.

3 · 데이터 수집

힘의 차이(오른쪽 힘 − 왼쪽 힘)를 x축에, 측정한 순 토크를 y축에 플로팅합니다 — 팔이 다르므로 토크는 1m × 오른쪽 힘 − 2m × 왼쪽 힘입니다. 기울기는 무엇을 나타내며 선이 0과 교차하는 곳은 어디입니까?

4 · 분석

1. 각 행에 대해 1m × 오른쪽 힘 − 2m × 왼쪽 힘을 직접 계산합니다. 이를 시뮬레이션의 수학 패널에서 읽은 순 토크와 비교하십시오. 일치합니까?
2. 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?

5 · 확장

1. 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?
2. 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.

이 실험의 물리학

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