Περιεχόμενο
- Πώς να κάνετε μοντέλο ισορροπίας δέσμης για σχολικά έργα
- Πώς λειτουργεί η ισορροπία δέσμης;
- Επιστροφή στην κλίμακα DIY ή την ισορροπία
Μια ισορροπία κάνει ακριβώς αυτό που υποδηλώνει το όνομα: ισορροπεί δύο στοιχεία. Χρησιμοποιώντας ένα, μπορείτε να καθορίσετε τη μάζα ενός αντικειμένου.
Αφήστε να περπατήσετε μέσα από το πώς να φτιάξετε μια κλίμακα ή ισορροπία, και να δούμε πώς λειτουργεί η αρχή της φυσικής πίσω από αυτήν.
Πώς να κάνετε μοντέλο ισορροπίας δέσμης για σχολικά έργα
Θα χρειαστείτε τα παρακάτω για να κάνετε την σπιτική κλίμακα ισορροπίας μάζας:
Για να κατανοήσουμε τον σκοπό των μικρών αντικειμένων γνωστού βάρους, πρέπει να γνωρίζουμε πώς λειτουργεί ισορροπία ή κλίμακα.
Πώς λειτουργεί η ισορροπία δέσμης;
Η φυσική αρχή πίσω από την ισορροπία δέσμης είναι η ροπή στρέψης. Μια δύναμη που ασκείται στην ακτίνα σε κάποια απόσταση από τον υπομόχλιο (ο οποίος ονομάζεται βραχίονας μοχλού) ή το σημείο όπου είναι ισορροπημένη, παράγει ροπή. Η ροπή δημιουργεί περιστροφική κίνηση εάν οι ροπές είναι ασύμμετροι.
Μια ισορροπία δέσμης χρησιμοποιεί αυτή την αρχή για τη μέτρηση της μάζας ή του βάρους.
Ο τύπος ροπής, τ, είναι τ = F × r, που φά είναι η δύναμη που ασκείται από το αντικείμενο και r είναι ο μοχλοβραχίονας. Σημειώστε ότι η λειτουργία είναι ένα σταυροειδές προϊόν, το οποίο είναι μια διανυσματική λειτουργία, και όχι πολλαπλασιασμός. Το σταυροειδές προϊόν θα είναι μη μηδέν μόνο εάν κάποιο στοιχείο της δύναμης είναι κάθετο στον βραχίονα μοχλού.
Είναι σαφές ότι για μια ισορροπία δέσμης, ο μοχλοβραχίονας μπορεί να αναπαρασταθεί ως ένας φορέας που αρχίζει από το υπομόχλιο και δείχνει προς το τέλος της δέσμης. Το διάνυσμα δύναμης αρχίζει στο σημείο όπου βρίσκεται η μάζα και είναι παράλληλο προς την κατεύθυνση της βαρύτητας.
Για να ελέγξετε αν αυτή η εξίσωση έχει νόημα, σκεφτείτε να ανοίξετε μια πόρτα. Για να ανοίξετε την πόρτα πρέπει να τραβήξετε κάθετα στην πόρτα. Εάν έπρεπε να κοιτάξετε την άκρη της πόρτας και να σπρώξετε ή να τραβήξετε, δεν θα ανοίξετε την πόρτα. Η εξίσωση για τη ροπή περιγράφει ακριβώς αυτά τα φυσικά φαινόμενα.
Για δισδιάστατα προβλήματα, ο τύπος γίνεται τ = Fr sin (*θ*), στην οποία περίπτωση έχει γίνει το σταυροειδές προϊόν και το ημίτονο της γωνίας μεταξύ των κατευθύνσεων της δύναμης και του βραχίονα μοχλού είναι θ. Καθώς η γωνία μεταξύ της δύναμης και του βραχίονα μοχλού πλησιάζει στο 0, η ροπή στρέφεται επίσης στο 0, πράγμα που έχει νόημα.
Επιστροφή στην κλίμακα DIY ή την ισορροπία
Προκειμένου να χρησιμοποιηθεί μια ισορροπία για τον προσδιορισμό της μάζας ενός αντικειμένου, το αντικείμενο άγνωστης μάζας πρέπει να τοποθετηθεί στο ένα άκρο της ισορροπίας. Αυτό θα προκαλέσει ροπή και η ισορροπία θα περιστραφεί γύρω από τον υπομόχλιο και θα ακουμπήσει στο έδαφος μέχρι να εξισορροπηθεί η ροπή. Έτσι πώς μπορούμε να εξισορροπήσουμε τη ροπή;
Αυτό είναι όπου τα αντικείμενα της γνωστής μάζας είναι απαραίτητα.
Μπορούμε αργά να προσθέσουμε τα αντικείμενα γνωστής μάζας στο αντίθετο άκρο και να αρχίσουμε να καθορίζουμε την κατάλληλη δύναμη. Όταν η δοκός είναι ισορροπημένη και τα δύο άκρα βρίσκονται σε ίσα ύψη από το έδαφος, οι δυνάμεις και στις δύο άκρες της δέσμης είναι ισορροπημένες.
Όταν συμβεί αυτό, μπορείτε να προσθέσετε τη συνολική μάζα που απαιτείται για την εξισορρόπηση της δέσμης, η οποία καθορίζει τη μάζα του άγνωστου αντικειμένου.
Θυμηθείτε ότι οι βραχίονες των μοχλών στις δύο πλευρές της δέσμης πρέπει να είναι ακριβώς ίσοι. Εάν όχι, οι δυνάμεις που απαιτούνται για την εξισορρόπηση της ροπής δεν θα είναι ακριβώς ίσες και θα απαιτούσε επιπλέον υπολογισμό για τον προσδιορισμό της άγνωστης μάζας.