Phòng thí nghiệm Mômen lực & Cờ lê

Phòng thí nghiệm Mômen lực & Cờ lê là mô phỏng cơ học vật rắn quay 3D tương tác giúp trực quan hóa cả độ lớn vô hướng tau = r F sin theta lẫn tích có hướng vectơ theo quy tắc bàn tay phải 3D tau = r x F. Một chiếc cờ lê thép kẹp vào bu-lông lục giác trên bàn nguội trong khi học sinh kéo điểm đặt lực dọc theo thân cờ lê (r từ 0.15 m đến 0.65 m) và thay đổi góc kéo theta (15 đến 165 độ). Các mũi tên 3D mã hóa màu biểu thị vectơ vị trí r dọc theo cờ lê, vectơ lực tác dụng F, cánh tay đòn vuông góc màu vàng r_perp = r sin theta, và vectơ mômen lực màu lục thẳng đứng hướng lên dọc theo trục bu-lông. Khi tau vượt qua ngưỡng ma sát nghỉ cực đại, bu-lông sẽ rời vị trí kẹt và quay.

• Kéo tay nắm màu cam ra xa từ r = 0.20 m đến r = 0.60 m và quan sát mũi tên Mômen lực màu lục thẳng đứng tau = r x F dài dần lên cho đến khi bu-lông đang kẹt bung ra và quay.
• Thay đổi Góc kéo theta từ 30 độ lên 90 độ rồi đến 150 độ, quan sát cách cánh tay đòn màu vàng r sin theta đạt cực đại khi bạn kéo vuông góc với cán cờ lê.
• Nhấp vào nút Đưa về theta = 90 độ hoặc nhấp vào bu-lông lục giác để căn lực vuông góc với cán cờ lê và so sánh mômen lực với khi kéo xiên góc.
• Chuyển sang góc nhìn Mặt phẳng nhìn từ trên (r x F) để quan sát tam giác vuông hình học tạo bởi vectơ vị trí r, giá của lực F và cánh tay đòn vuông góc r sin theta.
• Tăng Ma sát nghỉ cực đại của bu-lông lên 85 N·m và tìm sự kết hợp tối thiểu giữa khoảng cách r và lực F cần thiết để vặn lỏng bu-lông.

1. 1Tính độ lớn mômen lực bằng công thức tau = r F sin theta và xác định cánh tay đòn vuông góc r_perp = r sin theta.
2. 2Sử dụng quy tắc bàn tay phải 3D để xác định phương chiều dọc trục của vectơ mômen lực tau = r x F.
3. 3Giải thích vì sao kéo ở góc 90 độ so với cán cờ lê tạo ra mômen lực cực đại trong khi kéo dọc theo cán (0 hoặc 180 độ) tạo ra mômen lực bằng không.
4. 4Dự đoán liệu mômen lực tác dụng có vượt qua ngưỡng ma sát nghỉ và tạo ra gia tốc góc hay không.

Câu hỏi giáo viên thường đặt ra