Механіка
Нерівноплечий важіль
Поштовх 50 N на плечі 2 м урівноважує поштовх 100 N на плечі 1 м — рівні моменти (τ = r × F) з нерівних сил. Змініть одну силу на панелі властивостей, щоб побачити нахил.
Нерівноплечий важіль — інтерактивне моделювання: Механіка. Поштовх 50 N на плечі 2 м урівноважує поштовх 100 N на плечі 1 м — рівні моменти (τ = r × F) з нерівних сил. Змініть одну силу на панелі властивостей, щоб побачити нахил. Безкоштовна браузерна віртуальна фізична лабораторія з живими вимірюваннями в СІ та керованим заняттям.
Момент сили та важелі
Важіль зрівноважується, коли моменти з обох боків осі рівні — сили на коротшому плечі мусять бути більшими, щоб зрівняти довше плече.
Момент τ = r × F залежить і від сили, і від плеча. З центрованою віссю сила 50 N на відстані 2 м від осі зрівноважує силу 100 N на 1 м: 50 × 2 = 100 × 1.
- τ = rF sin θ
- Στ = 0 у рівновазі
Короткий опис дослідження
Сплануйте запитання, перш ніж відкрити лабораторію
Короткий відповідає передрендереній сторінці: рушійне запитання, конкуруючі прогнози, ролі змінних, керівні закони, установка, аналіз і підсилення лишаються видимими та в цьому порядку.
Рушійне запитання
Вісь цього важеля центрована, як у класичного, — але права сила прикладена лише за 1 м від осі, тоді як ліва за 2 м. Якщо поштовх 50 N на відстані 2 м урівноважено поштовхом на відстані 1 м, ця сила більша, та сама чи менша за 50 N?
Прогнози для зважування
- Вона більша за 50 N
- Вона та сама — 50 N
- Вона менша за 50 N
Ролі змінних
Що ви задаєте:
- Ліва сила (N)
- Права сила (N)
Що ви вимірюєте:
- Чистий момент (з моделювання) (N·m)
- τ = r × F (обчислено) (N·m)
Як проходить дослідження
- Відкрийте пресет «Нерівноплечий важіль». Жорстку балку закріплено точно по центру, як у класичного важеля, — але дві вниз напрямлені сили прикладені на різних відстанях: 2 м ліворуч, 1 м праворуч. Вниз тисне сила 50 N на позначці 2 м.
- Клацніть ліву стрілку сили на балці та запишіть її величину на панелі властивостей, потім те саме для правої. Помітьте, що плечі мають різну довжину.
- Для кожного рядка нижче задайте величини лівої та правої сил на панелі властивостей, запустіть моделювання, виберіть балку та зчитайте значення моменту τ = r × F з панелі «Математика».
Керівне рівняння
Момент сили — τ = r × F
Момент сили — це обертальна дія сили щодо осі: τ = r × F, де r — відстань від осі до точки прикладання сили. З нерівними плечима рівні моменти вимагають нерівних сил — сила 50 N за 2 м від осі урівноважує силу 100 N за 1 м, бо обидві дають 100 N·m.
Що друкований робочий аркуш пропонує учням обчислити
- Для кожного рядка обчисліть вручну 1 м × Права сила − 2 м × Ліва сила. Порівняйте з чистим моментом із панелі «Математика». Чи збігаються вони?
- У рядку 1 поштовх 50 N на плечі 2 м урівноважує поштовх 100 N на плечі 1 м — різні сили, рівні моменти. Що має бути справедливим про силу та її відстань від осі, щоб важіль зрівноважився?
Де це трапляється за межами лабораторії
- Тачка — теж важіль: ваші руки підіймають ручки приблизно за 2 м від колеса (осі), тоді як вантаж лежить близько до колеса. Якщо вантаж важить 200 N і лежить за 0.5 м від колеса, яку висхідну силу треба прикласти до ручок для рівноваги? А що якби вантаж лежав на самому кінці корита?
- Молоток із розділювачем, що витягує цвях, лом і горіхоколка — усі важелі з нерівними плечами. Оберіть один і визначте його вісь, прикладену силу та вантаж — потім поясніть, чому коротке плече саме на боці вантажу.
- 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
- Вітаємо в нерівноплечому важілі
- Виберіть важіль
- Натисніть «Запустити»
- Нерівні плечі, рівні моменти
- Відкрийте дані
- У вас вийшло!
Відкрийте інтерактивне моделювання, щоб зібрати сцену, натиснути «Запустити» та дослідити з живими вимірюваннями й керованим заняттям.
Відкрити інтерактивну лабораторію →
Завантажити лабораторний аркуш →