Механика
Неравноплечий рычаг
Толчок 50 Н на плече 2 м уравновешивает толчок 100 Н на плече 1 м — равные моменты (τ = r × F) от неравных сил. Измените одну силу в панели свойств и увидите наклон.
Неравноплечий рычаг — интерактивная симуляция (Механика). Толчок 50 Н на плече 2 м уравновешивает толчок 100 Н на плече 1 м — равные моменты (τ = r × F) от неравных сил. Измените одну силу в панели свойств и увидите наклон. Бесплатная виртуальная физическая лаборатория в браузере с живыми измерениями в СИ и сопровождаемым туром.
Момент силы и рычаги
Рычаг уравновешен, когда моменты по обе стороны оси равны — силы на коротком плече должны быть больше, чтобы уравнять длинное плечо.
Момент τ = r × F зависит и от силы, и от плеча. При опоре посередине сила 50 Н в 2 м от опоры уравновешивает силу 100 Н в 1 м от неё: 50 × 2 = 100 × 1.
- τ = rF sin θ
- Στ = 0 в равновесии
Краткое описание исследования
Спланируйте вопрос до открытия лаборатории
Краткое описание повторяет предрендеренную страницу: движущий вопрос, конкурирующие прогнозы, роли переменных, определяющие законы, ход работы, анализ и задания для развития остаются видимыми и в этом порядке.
Движущий вопрос
Ось этого рычага в центре, как у классического рычага, — но правая сила приложена всего в 1 m от оси, а левая — в 2 m. Если сила 50 N на расстоянии 2 m уравновешена силой на расстоянии 1 m, эта сила больше, такая же или меньше 50 N?
Прогнозы для взвешивания
- Она больше 50 N
- Она такая же — 50 N
- Она меньше 50 N
Роли переменных
Что вы задали:
- Левая сила (N)
- Правая сила (N)
Что вы измеряете:
- Суммарный момент (из симуляции) (N·m)
- τ = r × F (расчёт) (N·m)
Как идёт исследование
- Откройте пресет «Неравноплечий рычаг». Жёсткая балка закреплена ровно в центре, как у классического рычага, — но две направленные вниз силы приложены на разных расстояниях: 2 m слева, 1 m справа. Сила 50 N давит на отметке 2 m.
- Щёлкните по левой стрелке силы на балке и запишите её величину на панели свойств, затем щёлкните по правой стрелке силы и сделайте то же. Обратите внимание: плечи разной длины.
- Для каждой строки ниже задайте силу слева и справа одинаковыми в панели свойств, запустите симуляцию, выберите балку и считайте значение момента τ = r × F в панели математики.
Определяющее уравнение
Момент силы — τ = r × F
Момент силы — вращающее действие силы относительно опоры: τ = r × F, где r — расстояние от опоры до точки приложения силы. При неравных плечах равенство моментов требует неравных сил: сила 50 Н на расстоянии 2 м от опоры уравновешивает силу 100 Н в метре от неё — обе дают 100 Н·м.
Что печатный рабочий лист предлагает учащимся вывести
- Для каждой строки вычислите вручную 1 m × правая сила − 2 m × левая сила. Сравните с суммарным моментом из панели «Математика» симуляции. Совпадают ли они?
- В строке 1 сила 50 N на плече 2 m уравновешивает силу 100 N на плече 1 m — разные силы, равные моменты. Что должно выполняться для силы и её расстояния от оси, чтобы рычаг был в равновесии?
Где это проявляется за пределами лаборатории
- Тачка — тоже рычаг: ваши руки поднимают ручки примерно в 2 m от колеса (оси), а груз лежит близко к колесу. Если груз весит 200 N и лежит в 0.5 m от колеса, какую направленную вверх силу надо приложить на ручках для баланса? А что понадобилось бы, если бы груз лежал в самом конце корыта?
- Гвоздодёр, вытаскивающий гвоздь, лом и орехокол — рычаги с неравными плечами. Выберите один и укажите его ось, приложенную силу и перемещаемый груз — затем объясните, почему короткое плечо оказывается на стороне груза.
- 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
- Добро пожаловать к неравноплечему рычагу
- Выберите рычаг
- Нажмите Play
- Неравные плечи, равные моменты
- Откройте данные
- Готово!
Откройте интерактивную симуляцию, чтобы собрать сцену, нажать Play и исследовать с живыми измерениями и сопровождаемым туром.
Открыть интерактивную лабораторию →