Измерение момента силы, действующего на рычаг

M = F·d, F = m·g

Цель работы

Определить момент силы по измерениям силы и плеча.

Теоретические сведения

Плечо и момент силы

Плечо силы — кратчайшее расстояние от оси вращения до линии действия силы. Модуль момента определяется произведением силы на плечо:

M = F \cdot d

$M$ — модуль момента (Н·м);
$F$ — модуль силы (Н);
$d$ — плечо силы (м).

Чем больше плечо при той же силе, тем сильнее её вращательное действие. Если линия действия проходит через ось, плечо и момент равны нулю.

Сила подвешенного груза

Неподвижный груз действует на горизонтальный рычаг вертикально вниз с силой:

F = m \cdot g

Здесь $m$ — масса груза (кг), $g = 9, 8 м / с^{2}$ . В горизонтальном положении плечо равно расстоянию от оси до точки подвеса. При наклоне рычага это расстояние уже не совпадает с перпендикуляром к вертикальной линии силы.

Направление вращения

Грузы по разные стороны оси создают моменты противоположных направлений. При вычислении суммарного момента одному направлению приписывают знак плюс, другому — минус. Равновесие требует нулевой суммы моментов; наличие фиксатора или упора само по себе этого не доказывает. Момент выражают в Н·м, хотя произведение этих единиц имеет ту же размерность, что и джоуль работы.

Подготавливаем формулы…

Порядок работы

Удерживайте рычаг фиксатором горизонтально. Выберите груз 0,5 кг и измерьте плечо его силы.
Для плеч 0,2; 0,4; 0,6 м снимите силу и плечо; затем при одном плече измените груз.
Рассчитайте моменты самостоятельно, укажите направление вращения. Объясните, почему неподвижность закреплённого рычага не доказывает равенство моментов.
Сформулируйте вывод по измерениям: укажите результат, сохранённые условия и ограничения модели.

Эксперимент

Таблица измерений

Записей: 0

Результаты измерений эксперимента
№	t, с	θ, °	l₁, м	l₂, м	m₁, кг	m₂, кг	r₁, м	r₂, м	F₁, Н	F₂, Н	g, м/с²	Действия

Пока нет измерений

Нажмите «Измерить» в эксперименте.

График

Ось XОсь Y₁Ось Y₂Вид графика

График появится после измерений

Ответ

Закрепите рычаг, подвесьте груз 0,5 кг на плече 0,4 м. По силе и плечу найдите модуль момента груза. Ответ в Н·м до сотых.

Вопрос для размышления

Почему одинаковая сила может по-разному поворачивать рычаг в зависимости от плеча?