คาน สมดุลของทอร์ก

1 · ทำนาย

คานถูกหมุนไว้กึ่งกลางพอดี มีแรงกดลงที่ปลายทั้งสอง ห่างจากจุดหมุนเท่ากัน ถ้าฝั่งหนึ่งกดแรงกว่าอีกฝั่ง คานจะเอียงไปทางแรงที่มากกว่า น้อยกว่า หรือสมดุลเสมอไม่ว่าอย่างไร

• เอียงไปทางแรงที่มากกว่า
• สมดุลเสมอไม่ว่าแรงเท่าใด
• เอียงไปทางแรงที่น้อยกว่า

2 · จัดเตรียม

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

3 · เก็บข้อมูล

พล็อตผลต่างแรง (แรงขวา − แรงซ้าย) บนแกน x กับทอร์กสุทธิที่วัดได้บนแกน y ความชันแทนอะไร และเส้นตัดศูนย์ที่ไหน

4 · วิเคราะห์

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

5 · ต่อยอด

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

ฟิสิกส์เบื้องหลังการทดลองนี้

← กลับไปการทดลอง