คานแขนไม่เท่ากัน ประโยชน์เชิงกล

1 · ทำนาย

จุดหมุนของคานนี้อยู่กึ่งกลางเหมือนคานคลาสสิก — แต่แรงขวาถูกป้อนเพียง 1 m จากจุดหมุนขณะที่แรงซ้ายอยู่ 2 m ถ้าแรงดัน 50 N ที่ระยะ 2 m ทวนแรงดันที่ระยะ 1 m แรงนั้นใหญ่กว่า เท่ากัน หรือเล็กกว่า 50 N

• มันใหญ่กว่า 50 N
• มันเท่ากัน — 50 N
• มันเล็กกว่า 50 N

2 · จัดเตรียม

1. เปิดค่าที่ตั้งไว้ Unequal Lever คานแข็งหมุนไว้กึ่งกลางพอดีเหมือนคานคลาสสิก — แต่แรงกดลงสองแรงอยู่คนละระยะ ซ้าย 2 m ขวา 1 m แรงกดลง 50 N กดที่ขีด 2 m
2. คลิกลูกศรแรงซ้ายบนคานแล้วจดค่าในแผงคุณสมบัติ แล้วคลิกลูกศรแรงขวาเช่นกัน สังเกตว่าสองแขนยาวไม่เท่ากัน
3. สำหรับแต่ละแถวด้านล่าง ตั้งค่าแรงฝั่งซ้ายและขวาในแผง Properties ให้ตรงตามแถว รันการจำลอง เลือกคาน แล้วอ่านค่าทอร์ก τ = r × F จากแผง Math

3 · เก็บข้อมูล

พล็อตผลต่างแรง (แรงขวา − แรงซ้าย) บนแกน x กับทอร์กสุทธิที่วัดได้บนแกน y — จำว่าแขนไม่เท่ากัน ทอร์กคือ 1 m × แรงขวา − 2 m × แรงซ้าย ความชันแทนอะไร เส้นตัดศูนย์ที่ไหน

4 · วิเคราะห์

1. สำหรับแต่ละแถว คำนวณ 1 m × แรงขวา − 2 m × แรงซ้าย ด้วยมือ เทียบกับทอร์กสุทธิจากแผงคณิตศาสตร์ของแบบจำลอง ตรงกันหรือไม่
2. แถว 1 แรงดัน 50 N ที่แขน 2 m ทวนแรงดัน 100 N ที่แขน 1 m — แรงต่างกัน ทอร์กเท่ากัน อะไรต้องเป็นจริงระหว่างแรงกับระยะจากจุดหมุนเพื่อให้คานสมดุล

5 · ต่อยอด

1. รถเข็นก็เป็นคาน แขนคุณยกด้ามจับห่างจากล้อ (จุดหมุน) ราว 2 m ขณะที่ภาระอยู่ใกล้ล้อ ถ้าภาระหนัก 200 N อยู่ 0.5 m จากล้อ ต้องออกแรงยกขึ้นเท่าใดที่ด้ามจับเพื่อสมดุล และถ้าภาระอยู่ปลายถาดพอดีต้องใช้เท่าใด
2. ค้อนถอนตะปู คานงัด และที่หนีบก็เป็นคานแขนไม่เท่ากันทั้งหมด เลือกหนึ่งอย่างแล้วระบุจุดหมุน แรงป้อน และภาระที่ขยับ — แล้วอธิบายว่าเหตุใดแขนสั้นจึงเป็นฝั่งภาระ

ฟิสิกส์เบื้องหลังการทดลองนี้

← กลับไปการทดลอง