Важіль: зрівноваження моментів
1 · Прогноз
Важіль закріплений точно по центру, вниз тиснуть з обох кінців на однаковій відстані від осі. Якщо один бік тисне сильніше за інший, важіль нахилиться до сильнішого поштовху, до слабшого чи лишиться зрівноваженим незалежно від сил?
- Він нахиляється до сильнішого поштовху
- Він лишається зрівноваженим незалежно від сил
- Він нахиляється до слабшого поштовху
2 · Установка
- Відкрийте пресет «Важіль». Жорстку балку закріплено по центру; внизтисне сила 50 N на відстані 2 м від осі на кожному кінці.
- Клацніть ліву стрілку сили на балці та запишіть її величину на панелі властивостей, потім те саме для правої стрілки сили.
- 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».
3 · Збір даних
| Ліва сила (N) | Права сила (N) | Чистий момент (з моделювання) (N·m) | τ = r × F (обчислено) (N·m) |
|---|---|---|---|
| 50.00 | 50.00 | ||
| 50.00 | 80.00 | ||
| 70.00 | 40.00 |
Побудуйте графік різниці сил (Права − Ліва) на осі x проти виміряного чистого моменту на осі y. Що означає нахил і де лінія перетинає нуль?
4 · Аналіз
- Для кожного рядка обчисліть вручну 2 м × (Права сила − Ліва сила). Порівняйте з чистим моментом із панелі «Математика». Чи збігаються вони?
- У рядку 1 сили рівні й важіль лишається рівним. Що це каже про те, як мають співвідноситися сили та плечі, щоб будь-який важіль зрівноважився?
5 · Поглиблення
- Справжні важелі — як гойдалка з двома райдерами різної ваги — часто потребують різних плечей, а не різних сил, для рівноваги. Якби права сила лишилася 50 N, але її відстань від осі подвоїлася до 4 м, яка сила на лівому плечі (все ще 2 м) зрівноважила б її?
- Гайковий ключ, відкривачка для пляшок і ножиці — усі важелі. Оберіть один і визначте його вісь, прикладену силу та вантаж, який він рухає, — потім поясніть, чому довша ручка полегшує користування.
Фізика цього експерименту
Момент сили
Момент сили — це обертальна дія сили щодо осі: τ = r × F, де r — відстань від осі до точки прикладання сили. Важіль зрівноважується, коли моменти обох боків скорочуються — рівні сили на рівних відстанях або нерівні сили на обернено пропорційних відстанях.