Feynman Wykłady Rozdział 4.2: Wizualne zrozumienie maszyny do podnoszenia ciężarów

Question

Dlaczego nieodwracalna maszyna do podnoszenia ciężarów nie może unieść się wyżej niż odwracalna jest związana z moim obecnym postem, ale wydaje się, że wszyscy w tym wątku zrozumieli, jak działa prosta maszyna Feynmana wizualnie . Nie mam.

Rysunek 4.1:

I fragment wykładów Feynmana z fizyki, rozdział 4.2 :

Bardzo proste podnoszenie ciężarów pokazano na rys. 4-1. Ta maszyna podnosi trzy jednostki „mocne”. Kładziemy trzy sztuki na jednej szalce wagi, a jedną na drugiej. Aby jednak faktycznie zadziałało, musimy podnieść trochę ciężaru z lewej patelni. Z drugiej strony, możemy podnieść ciężar jednej jednostki, obniżając wagę trzech jednostek, jeśli trochę oszukamy, podnosząc trochę ciężaru z drugiej szalki. Oczywiście zdajemy sobie sprawę, że w przypadku każdej rzeczywistej maszyny podnoszącej musimy dodać trochę więcej, aby działała.

Feynman łączy terminy, co utrudnia wizualizację. Ta maszyna wygląda na huśtawkę, co rozumiem. Ale nie mogę zrozumieć, czy cztery kwadraty umieszczone na szalkach wagi to „jednostki” czy „ciężary”. Dlatego:

1. Powiedziano nam, że na jednej szalce wagi znajdują się „trzy jednostki”. Z tego powinniśmy wywnioskować, że jeden kwadrat = jedna jednostka, ponieważ na lewej szalce wagi znajdują się trzy kwadraty.
2. Ale powiedziano nam również, że ta maszyna podnosi "trzy jednostki mocne", z czego powinniśmy wywnioskować, że jeden kwadrat = jeden ciężar, ponieważ pojedynczy kwadrat na prawej szalce wagi jest tym, który jest podnoszony. Jeśli to prawda, należy postępować zgodnie z rysunkiem jest źle zaprojektowany. Kwadraty z wyższymi jednostkami „silnymi” powinny być albo narysowane jako większe, albo opisane liczbami, które oznaczają ich „siłę”.

Zwykle opieram się na wyjaśnieniu nr 2, ponieważ mogłoby to wyjaśnić część „trzy jednostki umieszczone na jednej szalce”, to znaczy pojedynczy kwadrat na prawej szalce wagi waży trzy jednostki „mocne”.

Co gorsza, używa on czasownika „podnoszenie” w dwóch różnych znaczeniach. Pierwsza polega na ustawieniu kwadratów w górnej pozycji względem ziemi, podczas gdy druga dotyczy zdejmowania kwadratów z maszyny (gdy „podnoszenie” jest używane w połączeniu z „wyłączonym”).

Jakie są kwadraty na rysunku? Jednostki czy wagi? Co on ma na myśli, mówiąc „aby rzeczywiście działało”?

Answer 1

Sposób działania tej maszyny polega na zachowaniu momentu pędu. Moment obrotowy dostarczony przez trzy pudełka (aka ciężarki, inaczej jednostki) po lewej stronie równoważy moment obrotowy dostarczany przez pudełko po prawej stronie. Dlatego też, gdy waga zacznie się obracać, będzie się obracać nadal, aby zachować moment pędu, aż dotrze do krawędzi zakresu ruchu.

Jeśli jednak waga zacznie spoczywać, pozostanie w spoczynku na zawsze, chyba że zostanie przyłożona siła zewnętrzna. Feynman proponuje sposób, aby to zrobić w praktyce. Jeśli usuniesz trochę ciężaru z lewej strony, moment obrotowy będzie zdominowany przez prawą stronę, a maszyna będzie obracać się zgodnie z ruchem wskazówek zegara (tj. Jedno pudełko przesunie się w kierunku ziemi, podnosząc pozostałe trzy pudełka). W przeciwieństwie do tego, jeśli usuniesz trochę ciężaru z prawej strony, wtedy trzy pudełka po lewej uniosą jedno pudełko po prawej.

---

Jeśli chodzi o Twoje konkretne pytania

Jakie są kwadraty na rysunku? Jednostki czy wagi?

Jednostki, ciężary, pudełka ... wszystkie mają to samo znaczenie. Nazwij je masami 1 kg.

Co on ma na myśli, mówiąc „aby rzeczywiście działało”?

Jeśli zaczynasz od stanu, w którym trzy pudła leżą na ziemi i chcesz je unieść w powietrze, to „weź to do pracy” oznacza „doprowadzenie wagi do ruchu w taki sposób, że trzy pudła są w powietrzu ”.

Answer 2

Jeśli mamy zamiar mówić o pędu kątowym, moglibyśmy powiedzieć, że na zdjęciu, które oferujesz, pęd po lewej stronie jest większy niż pęd po prawej stronie. Momenta byłby równy, gdyby równowaga była równoległa do podłoża. Podnoszenie niewielkiego ciężaru oznacza po prostu podniesienie go na tyle, aby uruchomić maszynę. Gdy zacznie się obracać w obie strony, będzie to nadal robić ze względu na zmianę pędu po obu stronach. Aby usunąć trochę ciężaru, wystarczy lekko go szturchnąć, aby nie całkowicie go usunąć. Moc trzech jednostek oznacza, że ​​może podnieść trzy jednostki masy na wysokość jednej jednostki długości LUB podnieść jedną jednostkę masy na wysokość trzech jednostek długości. To jest moje zrozumienie. Ponadto, żeby powiedzieć, wzór na moment obrotowy: F xl, gdzie F jest siłą, a x oznacza iloczyn wektorowy.