Mekanikk
Ulikearmet vektstang
Et press på 50 N på 2 m-armen balanserer et press på 100 N på 1 m-armen — like dreiemomenter (τ = r × F) fra ulike krefter. Endre én kraft i Egenskaper-panelet for å se den vippe.
Ulikearmet vektstang — interaktiv Mekanikk-simulering. Et press på 50 N på 2 m-armen balanserer et press på 100 N på 1 m-armen — like dreiemomenter (τ = r × F) fra ulike krefter. Endre én kraft i Egenskaper-panelet for å se den vippe. Gratis virtuell fysikk-lab i nettleseren med SI-målinger i sanntid og en veiledet gjennomgang.
Dreiemoment og vektstanger
En vektstang balanserer når dreiemomentene på begge sider av dreiepunktet er like — krefter på en kortere arm må være større for å matche en lengre arm.
Dreiemoment τ = r × F avhenger av både kraft og kraftarm. Med dreiepunktet i midten balanserer en kraft på 50 N 2 m fra dreiepunktet en kraft på 100 N 1 m fra dreiepunktet: 50 × 2 = 100 × 1.
- τ = rF sin θ
- Στ = 0 ved likevekt
Undersøkelsesgrunnlag
Planlegg spørsmålet før du åpner labben
Oppgavegrunnlaget speiler den forhåndsgenererte siden: problemstilling, konkurrerende prediksjoner, variabelroller, styrende lover, oppsett, analyse og videreutviklingsoppgaver forblir synlige og i denne rekkefølgen.
Problemstilling
Denne vektstangens dreiepunkt er i midten, akkurat som den klassiske vektstangen — men høyre kraft påføres bare 1 m fra dreiepunktet, mens venstre kraft er 2 m unna. Hvis et press på 50 N ved 2 m-avstanden balanseres av et press ved 1 m-avstanden, er den kraften større, den samme, eller mindre enn 50 N?
Prediksjoner å veie
- Den er større enn 50 N
- Den er den samme — 50 N
- Den er mindre enn 50 N
Variabelroller
Hva du setter:
- Venstre kraft (N)
- Høyre kraft (N)
Hva du måler:
- Netto dreiemoment (fra simuleringen) (N·m)
- τ = r × F (beregnet) (N·m)
Hvordan undersøkelsen foregår
- Åpne Ulikearmet vektstang-forhåndsinnstillingen. En stiv bjelke er festet i sitt nøyaktige senter, som den klassiske vektstangen — men de to nedadrettede kreftene påføres ved forskjellige avstander: 2 m på venstre side, 1 m på høyre side. En nedadrettet kraft på 50 N skyver ved 2 m-merket.
- Klikk på den venstre kraftpilen på bjelken og noter styrken dens i Egenskaper-panelet, og klikk deretter på den høyre kraftpilen og gjør det samme. Legg merke til at de to armene har forskjellige lengder.
- For hver rad under, sett venstre og høyre kraftstyrke i Egenskaper-panelet tilsvarende, kjør simuleringen, velg bjelken, og avles dreiemomentverdien τ = r × F fra Matematikk-panelet.
Styrende likning
Dreiemoment — τ = r × F
Dreiemoment er den dreieffekten en kraft har om et dreiepunkt: τ = r × F, der r er avstanden fra dreiepunktet til der kraften virker. Med ulike armer krever like dreiemomenter ulike krefter — en kraft på 50 N 2 m fra dreiepunktet balanserer en kraft på 100 N 1 m unna, fordi begge gir 100 N·m.
Hva det utskrivbare arbeidsarket ber elevene finne ut
- For hver rad, beregn 1 m × høyre kraft − 2 m × venstre kraft for hånd. Sammenlign den med netto dreiemoment du avleste fra simuleringens Matematikk-panel. Stemmer de?
- I rad 1 balanserer presset på 50 N på 2 m-armen presset på 100 N på 1 m-armen — forskjellige krefter, like dreiemomenter. Hva må være sant for en kraft og avstanden dens fra dreiepunktet for at en vektstang skal balansere?
Hvor dette dukker opp utenfor labben
- En trillebør er også en vektstang: armene dine løfter håndtakene omtrent 2 m fra hjulet (dreiepunktet), mens lasten ligger nær hjulet. Hvis lasten veier 200 N og ligger 0,5 m fra hjulet, hvilken oppadgående kraft må du påføre ved håndtakene for å balansere den? Hva ville du trengt hvis lasten lå helt i enden av karet?
- En klohammer som trekker en spiker, en brekkestang og en nøtteknekker er alle vektstanger med ulike armer. Velg én og identifiser dreiepunktet, den påførte kraften og lasten den flytter — og forklar deretter hvorfor den korte armen er den på lastesiden.
- 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
- Velkommen til Ulikearmet vektstang
- Velg vektstangen
- Trykk Spill av
- Ulike armer, like dreiemomenter
- Åpne dataene
- Du klarte det!
Åpne den interaktive simuleringen for å bygge scenen, trykk Spill av, og utforsk med målinger i sanntid og en veiledet gjennomgang.