Zawartość
- Jak zrobić model balansu wiązki dla projektów szkolnych
- Jak działa wyważenie wiązki?
- Powrót do skali DIY lub wagi
Waga robi dokładnie to, co sugeruje nazwa: równoważy dwa elementy. Za pomocą jednego możesz określić masę obiektu.
Pozwala zapoznać się z tym, jak zrobić wagę lub równowagę zrób to sam (DIY) i zobaczyć, jak działa zasada fizyki.
Jak zrobić model balansu wiązki dla projektów szkolnych
Potrzebne będą następujące elementy do wykonania domowej skali wagi:
Aby zrozumieć cel małych obiektów o znanej masie, musimy wiedzieć, jak działa waga lub waga.
Jak działa wyważenie wiązki?
Fizyczną zasadą stojącą za równowagą wiązki jest moment obrotowy. Siła przyłożona do belki w pewnej odległości od punktu podparcia (zwanego ramieniem dźwigni) lub w punkcie, w którym jest wyważona, wytwarza moment obrotowy. Moment obrotowy powoduje ruch obrotowy, jeśli momenty obrotowe są niezrównoważone.
Wagi wiązki wykorzystują tę zasadę do pomiaru masy lub masy.
Wzór na moment obrotowy τ jest następujący τ = F × r, gdzie fa oznacza siłę przyłożoną przez obiekt, oraz r jest ramię dźwigni. Zauważ, że operacja jest iloczynem krzyżowym, który jest operacją wektorową, a nie mnożeniem. Iloczyn krzyżowy będzie niezerowy tylko wtedy, gdy jakiś składnik siły będzie prostopadły do ramienia dźwigni.
Oczywiste jest, że dla równowagi wiązki ramię dźwigni można przedstawić jako wektor, który zaczyna się w punkcie podparcia i wskazuje na koniec wiązki. Wektor siły zaczyna się w punkcie, w którym znajduje się masa, i jest równoległy do kierunku grawitacji.
Aby sprawdzić, czy to równanie ma sens, pomyśl o otwarciu drzwi. Aby otworzyć drzwi, musisz pociągnąć prostopadle do drzwi. Gdybyś miał stawić czoła krawędzi drzwi i pchnąć lub pociągnąć, nie otworzyłbyś drzwi. Równanie momentu obrotowego dokładnie opisuje to zjawisko fizyczne.
W przypadku problemów dwuwymiarowych formuła staje się τ = F r sin (*θ*), w którym to przypadku wykonano iloczyn krzyżowy, a sinus kąta między kierunkami siły i ramienia dźwigni wynosi θ. Gdy kąt między siłą a ramieniem dźwigni zbliża się do 0, moment obrotowy również spada do 0, co ma sens.
Powrót do skali DIY lub wagi
Aby użyć wagi do określenia masy obiektu, obiekt o nieznanej masie należy umieścić na jednym końcu wagi. To indukuje moment obrotowy, a waga obraca się wokół punktu podparcia i spoczywa na ziemi, aż moment obrotowy zostanie zrównoważony. Jak więc zrównoważyć moment obrotowy?
Tutaj potrzebne są obiekty o znanej masie.
Możemy powoli dodawać obiekty o znanej masie do przeciwnego końca i zacząć określać odpowiednią siłę. Kiedy belka jest zrównoważona, a oba końce znajdują się na równych wysokościach nad ziemią, siły na obu końcach belki są zrównoważone.
Kiedy tak się dzieje, możesz dodać całkowitą masę, która była potrzebna do zrównoważenia wiązki, która określa masę nieznanego obiektu.
Pamiętaj, że ramiona dźwigni po obu stronach belki powinny być dokładnie takie same. Jeśli nie, siły potrzebne do zrównoważenia momentu obrotowego nie będą dokładnie równe i konieczne będzie dodatkowe obliczenie w celu ustalenia nieznanej masy.