วัตถุแข็งตัวและพลศาสตร์การหมุน
แนะนำใหม่| English | ความหมาย |
|---|---|
| torque/tɔːk/ | โมเมนต์ของแรง |
| moment of inertia/ˈməʊmənt ɒv ɪˈnɜːʃə/ | โมเมนต์ความเฉื่อย |
อะไรจะอธิบายการสังเกตนี้ได้?
- ประตูเปิดได้ง่ายขึ้นเมื่อเข็นใกล้ขอบด้านนอก ขนาดของแรงเพียงอย่างเดียวไม่ได้กำหนดผลหมุน
- เริ่มต้นด้วยการทำนาย ระบุปริมาณหรือลักษณะที่คุณจะเปรียบเทียบ แล้วตัดสินใจว่าหลักฐานอะไรที่จะแยกแยะคำอธิบายสองแบบได้
สร้างโมเดล
- โมเมนต์ของแรง (Torque) ขึ้นอยู่กับแรงและระยะตั้งฉากจากแกน โมเมนต์ความเฉื่อย อธิบายถึงความต้านทานต่อการเร่งรอบตัวและขึ้นอยู่กับมวลที่กระจายตัวรอบแกนที่กำหนด
- torque: ผลลัพธ์การหมุนรอบแกน; Moment of inertia: ความต้านทานต่อการเร่งมุมรอบแกนที่กำหนด
อะไรเพิ่มแรงบิดสำหรับแรงตั้งฉากเท่าเดิม?
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
แรงบิด = แรง x ระยะตั้งฉากจากแกนหมุน ดังนั้นสำหรับแรงเท่ากัน แขนงรับแรงตั้งฉากที่ยาวกว่าจะทำให้เกิดแรงบิดมากขึ้น นี่คือเหตุผลที่ประแจยาวคลายน็อตแน่นได้ง่ายขึ้น
จับคู่แต่ละคำศัพท์เทคนิคกับความหมายที่แม่นยำ
Difficulty 2/5 · 140 coins + a small bonus on first completion today
ใช้นิยามเพื่อแยกแยะปริมาณและกระบวนการที่เกี่ยวข้อง
เลือกหลักฐานมาทดสอบสมมติฐาน
- สำหรับวัตถุแข็งตัวรอบแกนคงที่ โมเมนต์ของแรงสุทธิเท่ากับโมเมนต์ความเฉื่อยคูณด้วยการเร่งรอบตัว พลังงานจลน์การหมุนขึ้นอยู่กับกำลังสองของความเร็วดอโรตेशन มุมโมเมนตัมจะคงที่เมื่อโมเมนต์ของแรงภายนอกสุทธิเป็นศูนย์
- วาดจุดหมุน ทิศทางของแรง และแขนงยกลูกตั้งฉาก อย่าใช้ระยะเฉียงจากจุดหมุนไปยังจุดกระทำของแรง เว้นแต่จะตั้งฉากกับแรง สำหรับทดลอง ให้ส่วนหมุนถูกป้องกันและโหลดมั่นคง
นิสัยสองอย่างใดทำให้การตรวจสอบหรือแบบจำลองในกรณีนี้รองรับได้มากขึ้น?
Difficulty 2/5 · 140 coins + a small bonus on first completion today
การระบุเงื่อนไขและสมมติฐานช่วยให้ผู้อื่นทำงานซ้ำได้โดยถูกต้อง และการบันทึกหลักฐานรองรับช่วยให้พวกเขาตรวจสอบข้อสรุปได้ การซ่อนผลลัพธ์ที่ขัดแย้งกันจะกำจัดหลักฐานที่อาจทลายข้อสรุปที่ผิดพลาด และข้อมูลจากตัววัดเพียงหนึ่งค่าไม่สามารถใช้ยืนยันข้ออ้างที่กว้างขวางได้
ทำงานจากปริมาณที่ทราบค่า
- ระบุค่าที่ทราบและหน่วยของมัน เลือกความสัมพันธ์โดยพิจารณาว่าข้อสมมติฐานสอดคล้องกับเคสนี้ แล้วจัดรูปสมการก่อนแทนค่า
- ที่ทราบ: แรง 10 N ทำมุมตั้งฉากกับแกนที่ระยะ 0.30 m. โมเมนต์แรง = แรง × ระยะตั้งฉาก = 10×0.30 = 3.0 N m. หากโมเมนต์ความเฉื่อยคือ 0.60 กก.ตารางเมตร, ความเร่งเชิงมุม = โมเมนต์แรง/ความเฉื่อย = 3.0/0.60 = 5.0 เรเดียนต่อวินาทีกำลังสอง.
แรง 12 N กระทำตั้งฉาก 0.25 m จากจุดหมุน หาโมเมนต์ของแรง ใช้ลำดับเดียวกัน: ปริมาณที่ทราบ → แบบจำลอง → ความสัมพันธ์ → แทนค่า → หน่วยและการตีความ
แรง 12 N กระทำในแนวตั้งฉากที่ระยะ 0.25 m จากจุดหมุน จงหาโมเมนต์แรง
Difficulty 2/5 · 140 coins + a small bonus on first completion today
ผลลัพธ์คือ 3 N m. ข้อมูล: แรง 12 N ตั้งฉากกับแขนงรับแรงยาว 0.25 m ใช้สูตรแรงบิด = แรง x ระยะตั้งฉาก แรงบิด = 12 x 0.25 = 3.0 N m. หากแรงผ่านจุดหมุนจะให้แรงบิดเป็นศูนย์ไม่ว่าจะมีขนาดเท่าไหร่ก็ตาม
ตรวจสอบข้อสรุปและขอบเขต
- โมเมนต์ของแรงมีหน่วย N m แต่เป็นผลการหมุน ไม่ใช่แหล่งเก็บพลังงาน โมเมนต์ความเฉื่อยจะเปลี่ยนหากมวลเท่ากันเคลื่อนที่ห่างจากแกนมากขึ้น
- กลับไปที่การสังเกตเดิม อธิบายว่าผลลัพธ์นี้สนับสนุนสิ่งใด มีเงื่อนไขใดบ้าง และเป็นอย่างไรในการทดสอบคำอธิบายอื่นที่ขัดแย้งกัน
โมเมนต์ความเฉื่อยขึ้นอยู่กับมวลรวมเท่านั้น ไม่ขึ้นกับการกระจายตัว claiming นี้เป็นเท็จ: โมเมนต์ความเฉื่อยขึ้นอยู่กับวิธีการกระจายตัวของมวลเมื่อเทียบกับแกนหมุน: มวลรวมเท่ากันแต่อยู่ห่างจากแกนจะให้โมเมนต์ความเฉื่อยมากกว่า นี่คือเหตุผลที่นักสเก็ตที่หมุนด้วยแขนกางออกจะช้าลงเมื่อเก็บแขนเข้าใกล้ลำตัว
วัตถุแข็งตัวและพลศาสตร์การหมุน: สำหรับวัตถุแข็งตัวรอบแกนคงที่ โมเมนต์ของแรงสุทธิเท่ากับโมเมนต์ความเฉื่อยคูณด้วยการเร่งรอบตัว พลังงานจลน์การหมุนขึ้นอยู่กับกำลังสองของความเร็วดอโรตेशन มุมโมเมนตัมจะคงที่เมื่อโมเมนต์ของแรงภายนอกสุทธิเป็นศูนย์
โมเมนต์ความเฉื่อยขึ้นอยู่กับเพียงมวลรวม ไม่ขึ้นกับการกระจายตัวของมวลเลย
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
โมเมนต์ความเฉื่อยขึ้นอยู่กับวิธีการกระจายมวลเทียบกับแกน: มวลรวมเท่าเดิมแต่อยู่ห่างจากแกนมากกว่า จะมีโมเมนต์ความเฉื่อยมากขึ้น นั่นคือเหตุผลที่นักสเก็ตสปีดสเก็ตที่หมุนด้วยแขนกางออก จะหมุนช้าลงเมื่อเก็บแขนเข้าหาตัว
ผลของการหมุนรอบแกน: เขียนคำศัพท์เทคนิค
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
โมเมนต์แรง (torque) หมายถึง ผลกระทบของการหมุนรอบแกน