Cơ học

Đòn bẩy không đều

Lực đẩy 50 N lên cánh tay đòn 2 m cân bằng lực đẩy 100 N lên cánh tay đòn 1 m — mô-men xoắn bằng nhau (τ = r × F) từ các lực không bằng nhau. Thay đổi một lực trong Trình kiểm tra để thấy nó nghiêng.

Đòn bẩy không đều — mô phỏng Cơ học tương tác. Lực đẩy 50 N lên cánh tay đòn 2 m cân bằng lực đẩy 100 N lên cánh tay đòn 1 m — mô-men xoắn bằng nhau (τ = r × F) từ các lực không bằng nhau. Thay đổi một lực trong Trình kiểm tra để thấy nó nghiêng. Phòng thí nghiệm vật lý ảo miễn phí trên trình duyệt với phép đo SI trực tiếp và hướng dẫn từng bước.

Mô-men xoắn và đòn bẩy

Một đòn bẩy cân bằng khi mô-men xoắn ở hai bên điểm tựa bằng nhau — lực trên cánh tay ngắn hơn phải lớn hơn để cân bằng cánh tay dài hơn.

Mô-men xoắn τ = r × F phụ thuộc cả vào lực và cánh tay đòn. Với điểm tựa ở chính giữa, lực 50 N cách điểm tựa 2 m cân bằng lực 100 N cách 1 m: 50 × 2 = 100 × 1.

• τ = rF sin θ
• Στ = 0 ở trạng thái cân bằng

Tóm tắt điều tra

Lập kế hoạch câu hỏi trước khi bạn mở phòng thí nghiệm

Bản tóm tắt phản ánh trang được kết xuất trước: câu hỏi dẫn dắt, các dự đoán cạnh tranh, vai trò của biến, các định luật chi phối, phần thiết lập và các gợi ý phân tích, mở rộng vẫn hiển thị theo thứ tự này.

Câu hỏi lái xe

Điểm tựa của đòn bẩy này nằm chính giữa, giống như đòn bẩy cổ điển — nhưng lực bên phải chỉ cách điểm tựa 1 m trong khi lực bên trái cách 2 m. Nếu lực đẩy 50 N ở khoảng cách 2 m được cân bằng bởi một lực đẩy ở khoảng cách 1 m, thì lực đó lớn hơn, bằng hay nhỏ hơn 50 N?

Dự đoán cân nặng

• Lớn hơn 50 N
• Bằng 50 N
• Nhỏ hơn 50 N

Vai trò thay đổi

Những gì bạn đặt:

• Lực trái (N)
• Lực phải (N)

Những gì bạn đo lường:

• Mô-men xoắn ròng (từ sim) (N·m)
• τ = r × F (được tính) (N·m)

Cuộc điều tra diễn ra như thế nào

1. Mở preset Đòn bẩy không đều. Một thanh cứng được ghim chính xác tại tâm, giống như đòn bẩy cổ điển — nhưng hai lực hướng xuống được tác dụng ở khoảng cách khác nhau: 2 m bên trái, 1 m bên phải. Lực 50 N hướng xuống đẩy tại vị trí 2 m.
2. Nhấp vào mũi tên lực bên trái trên thanh và ghi lại độ lớn trong Trình kiểm tra, rồi nhấp vào mũi tên lực bên phải và làm tương tự. Chú ý hai cánh tay đòn có độ dài khác nhau.
3. Với mỗi hàng bên dưới, đặt độ lớn của lực trái và phải trong Trình kiểm tra cho khớp, chạy mô phỏng, chọn thanh và đọc giá trị mô-men xoắn τ = r × F từ bảng Toán học.

phương trình điều khiển

Mô-men xoắn — τ = r × F

Mô-men xoắn là tác dụng quay của một lực quanh một trục quay: τ = r × F, trong đó r là khoảng cách từ trục quay đến nơi lực tác dụng. Với các cánh tay đòn không bằng nhau, mô-men xoắn bằng nhau cần các lực không bằng nhau — lực 50 N cách điểm tựa 2 m cân bằng lực 100 N cách 1 m, vì cả hai đều tạo ra 100 N·m.

Bảng tính có thể in được yêu cầu học sinh làm gì

• Với mỗi hàng, tính bằng tay 1 m × Lực phải − 2 m × Lực trái. So sánh với mô-men xoắn thực bạn đọc được từ bảng Toán học của mô phỏng. Chúng có khớp không?
• Ở hàng 1, lực đẩy 50 N lên cánh tay 2 m cân bằng lực đẩy 100 N lên cánh tay 1 m — lực khác nhau, mô-men xoắn bằng nhau. Điều gì phải đúng giữa một lực và khoảng cách của nó tới điểm tựa để đòn bẩy cân bằng?

Nơi điều này xuất hiện bên ngoài phòng thí nghiệm

• Xe cút kít cũng là một đòn bẩy: tay bạn nâng tay cầm cách bánh xe (điểm tựa) khoảng 2 m trong khi tải trọng nằm gần bánh xe. Nếu tải nặng 200 N và nằm cách bánh xe 0,5 m, bạn phải tác dụng lực hướng lên bao nhiêu vào tay cầm để cân bằng nó? Cần bao nhiêu nếu tải nằm ở mép khay?
• Búa đinh nhổ đinh, xà beng và kẹp hạt dẻ đều là đòn bẩy có cánh tay đòn không bằng nhau. Chọn một cái và xác định điểm tựa, lực tác dụng và tải trọng nó di chuyển — sau đó giải thích vì sao cánh tay ngắn lại nằm về phía tải trọng.

• 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. Chào mừng đến với Đòn bẩy không đều
2. Chọn đòn bẩy
3. Nhấn Play
4. Cánh tay không bằng nhau, mô-men xoắn bằng nhau
5. Mở dữ liệu
6. Bạn đã làm được!

Mở mô phỏng tương tác để xây dựng hoạt cảnh, nhấn Chạy và khám phá với các phép đo trực tiếp và bài hướng dẫn.

Mở phòng thí nghiệm tương tác →

Tải tài liệu thí nghiệm →

Mô Men Xoắn & Định Luật Đòn Bẩy