نیروها و محورها: توضیح و مثال

مربی: Betsy Chesnutt Show Bio Betsy دارای دکتری است. در مهندسی زیست پزشکی از دانشگاه ممفیس ، M. S. از دانشگاه ویرجینیا ، و کارشناسیاز دانشگاه ایالتی می سی سی پی. وی بیش از 10 سال تجربه در زمینه توسعه برنامه درسی STEM و تدریس فیزیک ، مهندسی و زیست شناسی دارد.

برای درک چگونگی استفاده از اهرم برای جابجایی یک شیء سنگین ، باید در مورد چگونگی کار نیروها و محورها برای ایجاد گشتاور ، چیزی بدانید. در این درس ، بیاموزید که چگونه گشتاور حاصل از نیرو به محل محوری بستگی دارد.

اهرم

• درس
• کوشش
• دوره

گشتاور

قبل از اینکه بتوانیم دقیقاً درک کنیم که اهرم ها چگونه کار می کنند ، باید چیزی در مورد یک مقدار به نام گشتاور بدانیم. گشتاور نیرویی است که هنگام استفاده ، باعث چرخش یک جسم می شود. نیرویی که جان برای انتهای اهرم خود اعمال کرد ، گشتاور را ایجاد کرد که باعث چرخاندن چوب شد و صخره ای را بلند کرد.

به منظور تعیین میزان گشتاور ، باید دو چیز را بدانید: مقدار نیرو (F) که اعمال می شود و فاصله از نقطه محوری تا جایی که نیرو اعمال می شود (D).

بنابراین ، جان وقتی که به آن فشار آورد ، چه مقدار گشتاور روی چوب اعمال کرد؟بیایید فرض کنیم که او نیرویی از 600 نیوتون را اعمال کرده است و او این نیرو را 0. 8 متر از نقطه محوری به کار برد. برای یافتن مقدار گشتاور ، به سادگی F و D را ضرب کنید.

گشتاور = f x d = (600 n) x (0. 8 m) = 480 n m

اصل اهرم ها

چگونه می توانید بگویید که آیا مقدار گشتاور اعمال شده برای اهرم واقعاً قادر به حرکت سنگ خواهد بود؟برای اینکه سنگ شروع به حرکت کند ، گشتاور اعمال شده توسط نیروی فشار جان در یک انتهای چوب باید بزرگتر از گشتاور اعمال شده در انتهای دیگر چوب توسط سنگ باشد. این به عنوان اصل اهرم ها شناخته می شود ، که ادعا می کند اگر گشتاور در یک طرف نقطه محوری برابر با گشتاور در طرف دیگر نقطه محوری باشد ، سیستم در تعادل خواهد بود. اگر یک گشتاور از دیگری بزرگتر باشد ، سیستم شروع به چرخش خواهد کرد.

اصل اهرم ها هزاران سال پیش توسط Archimedes توضیح داده شد!

بیایید آن را برای جان و سنگ سنگین او اعمال کنیم. ما از قبل می دانیم که جان قادر به تولید گشتاور 480 نانومتر در یک طرف نقطه محوری است. اگر این سنگ وزن 2000 N داشته باشد و مرکز سنگ 0. 2 متر از نقطه محوری واقع شده است ، چه مقدار گشتاور را در سمت سنگ محوری ایجاد می کند؟

یک بار دیگر ، نیرو (2000 N) را با فاصله (0. 2 متر) ضرب کنید تا گشتاور را پیدا کنید.

گشتاور = f x d = (2000 n) x (0. 2 m) = 400 n m

از آنجا که گشتاور اعمال شده توسط جان (480 نانومتر) بیشتر از گشتاور اعمال شده توسط سنگ (400 نانومتر) است ، جان قادر به چرخش اهرم و حرکت سنگ است. حتی اگر او قادر به تولید 2000 N لازم برای انتخاب صخره مستقیم نبود ، اما به راحتی می توانست 600 N را روی اهرم اعمال کند و سنگ هنوز هم حرکت کرده است!

آیا Seesaw حرکت خواهد کرد؟

از اهرم ها بیش از حرکت سنگهای بزرگ استفاده می شود. آنها همچنین سرگرم کننده هستند! Seesaws نوعی اهرم است که در زمین های بازی در سراسر جهان یافت می شود. بیایید از اصل اهرم ها استفاده کنیم تا بفهمیم که دو کودک باید به منظور تعادل در Seesaw ، در کجا بنشینند. دو فرزند ، سامارا و دانیل ، در Seesaw نشان داده شده در زیر بازی می کنند. وزن سامارا 220 N است ، در حالی که دانیل 280 N. وزن دارد. اگر سامارا 0. 75 متر از نقطه محوری در وسط Seesaw نشسته است ، دانیل برای ایجاد تعادل Seesaw کجا باید بنشیند؟

برای تعادل Seesaw ، گشتاور در سمت چپ نقطه محوری باید با گشتاور در سمت راست برابر باشد.

از آنجا که دانیل بیش از سامارا وزن دارد ، برای تولید همان میزان گشتاور باید به نقطه محوری نزدیکتر بنشیند. برای پیدا کردن چقدر نزدیک تر ، از اصل اهرم ها استفاده کنید. برای تعادل Seesaw ، گشتاور تولید شده توسط سامارا در سمت راست محوری باید با گشتاور تولید شده توسط دانیل در سمت چپ برابر باشد.

خلاصه درس

یک اهرم یک نوار متحرک است که به یک نقطه محوری ثابت متصل است ، به نام fulcrum ، و اهرم ها به شما امکان می دهد از مقادیر کمی از نیرو برای جابجایی اشیاء سنگین استفاده کنید. اهرم ها با ایجاد گشتاور کار می کنند ، که بستگی به نیروی کاربردی و محل نقطه محوری دارد.

گشتاور = فاصله x فاصله = f x d

اصل اهرم ها می گوید اگر گشتاور در یک طرف نقطه محوری برابر با گشتاور در طرف دیگر نقطه محوری باشد ، سیستم در تعادل خواهد بود. اگر یک گشتاور از دیگری بزرگتر باشد ، سیستم شروع به چرخش خواهد کرد. از این اصل می توان برای تعیین اینکه آیا یک اهرم باعث می شود یک شیء حرکت کند یا خیر ، استفاده شود و تعیین کند که چه زمانی یک سیستم مانند یک Seesaw در تعادل قرار خواهد گرفت.

برای باز کردن این درس باید یک عضو مطالعه باشید. حساب کاربری برای خود بسازید