Физика · конспекты
★0
Физика › 7 класс › Работа и мощность. Энергия

Тема 46Момент силы

★★★
Термины темы — найди их в тексте:Момент силыпротивньютон-метрвращать

Перепишем правило равновесия рычага F1F2=l2l1\dfrac{F_1}{F_2}=\dfrac{l_2}{l_1} по-другому:

F1 l1=F2 l2F_1\,l_1=F_2\,l_2
Силы F₁ и F₂ на плечах l₁ и l₂
Силы F₁ и F₂ на плечах l₁ и l₂ Иллюстрация: light-fizika.ru

Одна сила поворачивает рычаг по часовой стрелке, другая — против. Рычаг в равновесии, когда произведения сил на их плечи равны.

Определение

Момент силы — произведение силы на её плечо. Обозначают MM, единица — ньютон-метр (Н·м).

Момент силы
M=F lM=F\,l

1 Н·м — момент силы 1 Н с плечом 1 м.

Момент силы показывает, насколько сила способна вращать тело. Чем дальше от оси приложена сила, тем больше момент и тем легче повернуть тело.

Гаечный ключ: сила F на плече d создаёт момент M. Рычаг с грузомГаечный ключ: сила F на плече d создаёт момент M. Рычаг с грузом
Гаечный ключ: сила F на плече d создаёт момент M. Рычаг с грузом Иллюстрация: light-fizika.ru
Правило моментов

Рычаг находится в равновесии, если момент силы, вращающей его по часовой стрелке, равен моменту силы, вращающей против:

M1=M2M_1=M_2

Рычаги в жизни и технике

Гаечный ключ, ручка двери, руль, педали велосипеда, кусачки, ножницы, весы, плоскогубцы, тормоз — везде работает момент силы. В нашем теле кости — рычаги, а мышцы создают моменты сил.

Камень сдвигают ломом. Ножницы — два рычага на общей осиКамень сдвигают ломом. Ножницы — два рычага на общей оси
Камень сдвигают ломом. Ножницы — два рычага на общей оси Иллюстрация: light-fizika.ru
Рычаги в велосипеде и педали тормоза. Рычаги в теле человекаРычаги в велосипеде и педали тормоза. Рычаги в теле человека
Рычаги в велосипеде и педали тормоза. Рычаги в теле человека Иллюстрация: light-fizika.ru
Образ для запоминания

Момент силы — «сила × рука». Тот же гаечный ключ, но длиннее — и гайка поддаётся. Чем дальше от оси, тем меньше нужно сил.

⚗ Мини-опыт

Открывайте дверь, меняя силу и место, где вы её прикладываете. Найдите самую маленькую силу, которой хватит, если давить у самого края.

▶ Симуляция PhET

На экране «Игра» решайте задачи на равновесие рычага: подбирайте массу или плечо.

РавновесиеОткрыть ↗

Симуляция: PhET Interactive Simulations, University of Colorado Boulder, лицензия CC BY-NC 4.0 (phet.colorado.edu); русский перевод интерфейса.

? Проверь себя

Ответь, не подглядывая в конспект: вспоминать — лучший способ запомнить.

1Что такое момент силы?
M=FlM=Fl.
2В каких единицах измеряют момент силы?
Сила (Н) умножается на плечо (м).
3Как легче открутить гайку?
Плечо больше — момент больше при той же силе.

✎ Задачи

А Уровень А по образцу: одна формула, один шаг

  1. Сила 20 Н действует на плече 0,5 м. Найдите момент силы.

    Ответ

    M=20⋅0,5=10M=20\cdot0{,}5=10 Н·м.

    Как получилось?

  2. Сформулируйте правило моментов.

    Ответ

    Рычаг в равновесии, если моменты сил, вращающих его по и против часовой стрелки, равны.

    Как получилось?

  3. Момент силы 12 Н·м, плечо 0,4 м. Найдите силу.

    Ответ

    F=120,4=30F=\dfrac{12}{0{,}4}=30 Н.

    Как получилось?

  4. Почему ручку двери прикрепляют далеко от петель?

    Ответ

    Плечо больше — нужный момент создаётся меньшей силой.

    Как получилось?

  5. Слева на рычаг действует сила 6 Н на плече 4 см, справа — 8 Н на плече 3 см. Будет ли равновесие?

    Ответ

    Да: 6⋅4=246\cdot4=24 и 8⋅3=248\cdot3=24 Н·см.

    Как получилось?

Б Уровень Б сам: несколько шагов, перевод единиц

  1. Чтобы открутить гайку, нужен момент 60 Н·м. Какую силу надо приложить к ключу длиной 30 см? А к ключу 20 см?

    Ответ

    60:0,3=20060:0{,}3=200 Н; 60:0,2=30060:0{,}2=300 Н.

    Как получилось?

  2. На рычаге слева висит груз 10 Н в 30 см от оси. Справа в 20 см от оси — груз 5 Н. Где нужно подвесить ещё груз 4 Н справа для равновесия?

    Ответ

    10⋅30=5⋅20+4⋅x10\cdot30=5\cdot20+4\cdot x; 300=100+4x300=100+4x; x=50x=50 см справа.

    Как получилось?

  3. Почему колесо велосипеда легче крутить за педаль, чем за ось шатуна?

    Ответ

    Педаль — на большом плече, момент силы больше при той же силе ноги.

    Как получилось?

↻ Закрепи

Карточки терминов

Нажми на карточку — она перевернётся. «Знаю» — карточка вернётся на повторение позже (через сутки, неделю, месяц), «Повторить» — скоро снова.

Момент силы
M=F lM=F\,l; единица — Н·м.
Правило моментов
Рычаг в равновесии, если M1=M2M_1=M_2 (по и против часовой стрелки).

Экспресс-карта

Возьми лист и за 3 минуты нарисуй по памяти карту темы: в центре — тема, ветви — главные идеи, на ветвях — термины. Потом сравни.