กลศาสตร์

คานสมดุล

แรงเท่ากันสองแรงกดลงที่ปลายทั้งสองข้าง แขนเท่ากัน + แรงเท่ากัน → ทอร์กหักล้างกัน (τ = r × F) → คานยังคงอยู่ในแนวระดับ ลองเปลี่ยนแรงหนึ่งในแผงคุณสมบัติเพื่อดูการเอียง

คานสมดุล — การจำลองกลศาสตร์แบบโต้ตอบ แรงเท่ากันสองแรงกดลงที่ปลายทั้งสองข้าง แขนเท่ากัน + แรงเท่ากัน → ทอร์กหักล้างกัน (τ = r × F) → คานยังคงอยู่ในแนวระดับ ลองเปลี่ยนแรงหนึ่งในแผงคุณสมบัติเพื่อดูการเอียง ห้องปฏิบัติการฟิสิกส์เสมือนบนเบราว์เซอร์ที่ใช้ฟรี พร้อมการวัด SI แบบสดและบทแนะนำ

ทอร์กและคาน

คานหมุนเมื่อทอร์กสุทธิไม่เป็นศูนย์ แรงที่อยู่ไกลจากจุดหมุนสร้างทอร์กมากกว่าสำหรับขนาดเท่ากัน

ทอร์ก τ = r × F ขึ้นอยู่กับทั้งแรงและแขนคาน แรงที่เท่ากันที่ระยะเท่ากันบนด้านตรงข้ามสามารถสมดุลกันได้ การเปลี่ยนระยะทางหรือแรงจะทำให้คานเอียง

• τ = rF sin θ
• ที่สมดุล Στ = 0

สรุปการสืบสวน

วางแผนคำถามก่อนเปิดห้องแล็บ

บทสรุปสะท้อนหน้าที่เรนเดอร์ล่วงหน้า คำถามขับเคลื่อน คำทำนายที่ขัดแย้งกัน บทบาทตัวแปร กฎที่ควบคุม การตั้งค่า การวิเคราะห์ และโจทย์ต่อยอดยังแสดงและเรียงตามลำดับนี้

คำถามขับเคลื่อน

คานถูกหมุนไว้กึ่งกลางพอดี มีแรงกดลงที่ปลายทั้งสอง ห่างจากจุดหมุนเท่ากัน ถ้าฝั่งหนึ่งกดแรงกว่าอีกฝั่ง คานจะเอียงไปทางแรงที่มากกว่า น้อยกว่า หรือสมดุลเสมอไม่ว่าอย่างไร

คำทำนายที่ต้องชั่งใจ

• เอียงไปทางแรงที่มากกว่า
• สมดุลเสมอไม่ว่าแรงเท่าใด
• เอียงไปทางแรงที่น้อยกว่า

บทบาทของตัวแปร

สิ่งที่คุณตั้ง:

• แรงซ้าย (N)
• แรงขวา (N)

สิ่งที่คุณวัด:

• ทอร์กสุทธิ (จากแบบจำลอง) (N·m)
• τ = r × F (คำนวณแล้ว) (N·m)

การสืบสวนดำเนินไปอย่างไร

1. เปิดค่าที่ตั้งไว้ Lever คานแข็งหมุนไว้กึ่งกลาง แรงกดลง 50 N ที่ระยะ 2 m จากจุดหมุนทั้งสองปลาย
2. คลิกลูกศรแรงซ้ายบนคานแล้วจดค่าของมันในแผงคุณสมบัติ แล้วคลิกลูกศรแรงขวาและทำเช่นเดียวกัน
3. สำหรับแต่ละแถวด้านล่าง ตั้งค่าแรงฝั่งซ้ายและขวาในแผง Properties ให้ตรงตามแถว รันการจำลอง เลือกคาน แล้วอ่านค่าทอร์ก τ = r × F จากแผง Math

สมการควบคุม

ทอร์ก — τ = r × F

ทอร์กคือผลของการหมุนของแรงรอบจุดหมุน: τ = r × F โดย r คือระยะจากจุดหมุนถึงจุดที่แรงกระทำ คานจะสมดุลเมื่อทอร์กจากทั้งสองฝั่งหักล้างกัน คือแรงเท่ากันที่ระยะเท่ากัน หรือแรงไม่เท่ากันที่ระยะผกผันกับแรง

สิ่งที่ใบงานพิมพ์ได้ให้นักเรียนคิด

• สำหรับแต่ละแถว คำนวณ 2 m × (แรงขวา − แรงซ้าย) ด้วยมือ เทียบกับทอร์กสุทธิที่อ่านจากแผงคณิตศาสตร์ของแบบจำลอง ตรงกันหรือไม่
• แถว 1 แรงทั้งสองเท่ากันและคานคงระดับ นั่นบอกอะไรเกี่ยวกับความสัมพันธ์ระหว่างแรงกับความยาวแขนที่คานใด ๆ ต้องมีเพื่อสมดุล

สิ่งนี้ปรากฏที่ใดนอกห้องแล็บ

• คานจริง — เช่นชิงช้าที่มีคนน้ำหนักต่างกันสองคน — มักต้องการความยาวแขนไม่เท่ากัน ไม่ใช่แรงไม่เท่ากัน เพื่อสมดุล ถ้าแรงฝั่งขวาคงที่ 50 N แต่ระยะจากจุดหมุนเพิ่มเป็นสองเท่าเป็น 4 m ต้องใช้แรงเท่าใดที่แขนซ้าย (ยังอยู่ที่ 2 m) เพื่อสมดุล
• ประแจ ที่เปิดขวด และกรรไกรล้วนเป็นคาน เลือกหนึ่งอย่างแล้วระบุจุดหมุน แรงที่ป้อน และภาระที่มันขยับ — แล้วอธิบายว่าเหตุใดด้ามที่ยาวกว่าจึงใช้ง่ายกว่า

• 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

1. ยินดีต้อนรับสู่ คาน
2. เลือกคาน
3. กดเล่น
4. ทอร์กสมดุล
5. เปิดดูข้อมูล
6. คุณทำได้แล้ว!

เปิดการจำลองแบบโต้ตอบเพื่อสร้างฉาก กดเล่น แล้วสำรวจพร้อมการวัดสดและบทแนะนำ

เปิดห้องแล็บโต้ตอบ →

ดาวน์โหลดใบงาน →

ทอร์กกับกฎคาน