Рычаг: баланс моментов

1 · Прогноз

Рычаг закреплён ровно в центре, к каждому концу на одинаковом расстоянии от оси приложена направленная вниз сила. Если одна сторона давит сильнее другой, наклонится ли рычаг к сильнейшей силе, к слабейшей или останется в равновесии при любых силах?

• Он наклоняется к сильнейшей силе
• Он остаётся в равновесии при любых силах
• Он наклоняется к слабейшей силе

2 · Подготовка

1. Откройте пресет «Рычаг». Жёсткая балка закреплена в центре; направленная вниз сила 50 N приложена в 2 m от оси на каждом конце.
2. Щёлкните по левой стрелке силы на балке и запишите её величину на панели свойств, затем щёлкните по правой стрелке силы и сделайте то же.
3. 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.

3 · Сбор данных

Постройте разность сил (правая − левая) по оси x против измеренного суммарного момента по оси y. Что означает наклон и где линия пересекает ноль?

4 · Анализ

1. Для каждой строки вычислите вручную 2 m × (правая сила − левая сила). Сравните с суммарным моментом из панели «Математика» симуляции. Совпадают ли они?
2. В строке 1 силы равны и рычаг держится горизонтально. Что это говорит о том, как должны соотноситься силы и длины плеч, чтобы любой рычаг был в равновесии?

5 · Развитие

1. Реальным рычагам — как качелям с двумя катающимися разного веса — для равновесия часто нужны неравные плечи, а не неравные силы. Если правая сила осталась 50 N, но её расстояние от оси удвоилось до 4 m, какая сила на левом плече (по-прежнему 2 m) понадобилась бы для баланса?
2. Гаечный ключ, открывашка и ножницы — всё рычаги. Выберите один и укажите его ось, приложенную силу и перемещаемый груз — затем объясните, почему более длинная рукоятка делает его удобнее.

Физика этого эксперимента

← Вернуться к эксперименту