Сила человека ограничена. Поэтому он часто применяет устройства (или приспособления), позволяющие преобразовать его силу в силу, существенно большую. Примером подобного приспособления является рычаг.
Рычаг представляет собой твердое тело, способное вращаться вокруг неподвижной опоры. В качестве рычага могут быть использованы лом, доска и тому подобные предметы.
Обозначим плечи сил через l1 и l2 (рис. 50). Тогда правило рычага можно представить в виде следующей формулы:
1. Что представляет собой рычаг? 2. В чем заключается правило рычага? Кто его открыл? 3. Чем отличается рычаг 1-го рода от рычага 2-го рода? 4. Приведите примеры применения рычагов. 5. Рассмотрите рисунки 52, а и 52, б. В каком случае груз нести легче? Почему?
Экспериментальное задание. Положите под середину линейки карандаш так, чтобы линейка находилась в равновесии. Не меняя взаимного расположения линейки и карандаша, уравновесьте иа полученном рычаге одну монету с одной стороны и стопку из трех таких же монет с другой стороны. Измерьте плечи приложенных (со стороны монет) сил и проверьте правило рычага.
Обозначим плечи сил через l1 и l2 (рис. 50). Тогда правило рычага можно представить в виде следующей формулы:
Рычаг — это твердое тело, вращающееся вокруг некоторой оси. Различают Одноплечный рычаг и Двуплечный прямой рычаг и Двуплечный угловой рычаг.
У одноплечного рычага ось расположена на одном из его концов, а силы действующие на него, параллельны но направлены в противоположные стороны (антипараллельны).
У двуплечного прямого рычага ось расположена между точками приложения сил, а силы параллельны и имеют одинаковое направление.
У двуплечного углового рычага ось также расположена между точками приложения сил, а плечи рычага образуют угол, меньший 180 °.
Во всех случаях длины плечей находятся, как расстояния от оси вращения до линий действия силы по перпендикуляру.
У двуплечного углового рычага ось также расположена между точками приложения сил, а плечи рычага образуют угол, меньший 180 °.
Когда умер Эйнштейн, его последние слова умерли вместе с ним: сиделка не понимала по-немецки.
—>СТАТИСТИКА —>
—>МЫ ВКОНТАКТЕ —>
—>НЕМНОГО РЕКЛАМЫ —>
Наши спонсоры
Рычаг — э то простейшее механическое устройство, представляющее собой твёрдое тело (перекладину), вращающееся вокруг точки опоры. Стороны перекладины по бокам от точки опоры называются плечами рычага.
Рычаг используется для получения большего усилия на коротком плече с помощью меньшего усилия на длинном плече (или для получения большего перемещения на длинном плече с помощью меньшего перемещения на коротком плече).
Выигрыш в силе, который способен дать конкретный рычаг напрямую зависит от длин его плеч. Для расчёта выигрыша в силе используется следующее соотношение:
т.е. мы можем получить выигрыш в силе во столько раз, во сколько раз большее плечо рычага длиннее его меньшего плеча.
В зависимости от конструкции, рычаги делят на два вида:
Рычаг I рода (точки приложения сил, в таком рычаге, расположены по разные стороны от точки опоры. Примеры: ножницы, консервный нож, лопата);
Рычаг II рода (точки приложения сил расположены по одну сторону относительно точки опоры. Примеры: дверь, тачка, орехокол).
При этом, в рычагах I рода, направления приложенных сил совпадают, а в рычагах II рода силы направлены в противоположные стороны.
Описание опыта
Для начала, мы подвешиваем наш самодельный рычаг I рода на опору (рычаг изготовлен из деревянной линейки и канцелярских зажимов). На рычаге на равных расстояниях закреплены канцелярские зажимы (нужны для подвешивания грузов). Затем мы уравновешиваем рычаг одинаковыми по массе грузиками. Для этого нам пришлось повесить грузики на одинаковом расстоянии от точки опоры.
Если попробовать переместить любой из грузиков на другое расстояние, то рычаг выходит из положения равновесия. В нашем случае мы уменьшили плечо силы для левого грузика в два раза. Для того, чтобы вернуть рычаг обратно в положение равновесия, не передвигая при этом грузики, нам пришлось в два раза облегчить грузик, оставшийся справа.
Вывод: рычаг позволяет во столько раз выиграть в силе, во сколько раз различаются длины его плеч.
Во второй части опыта, мы соорудили рычаг II рода, сместив точку опоры к его левому краю. Подвесив груз к одному из зажимов, мы попытались измерить силу, необходимую для уравновешивания рычага, приложенную в точке подвеса грузов. Динамометр показал значение в 2 (Н). Передвинув точку приложения силы правее, мы увеличили длину плеча приложения силы в два раза. Измерив динамометров данную силу, мы получили значение в 1 (Н). Таким образом мы доказали, что рычаг II рода работает по тем же принципам, что и рычаг I рода.
В зависимости от конструкции, рычаги делят на два вида:
Несмотря на то что речь идет о простом механизме, он все же имеет свои составные части. Во-первых, это балка или доска, которая предназначена для воздействия на нее двух противоположных сил. Во-вторых, это опора, которая, с геометрической точки зрения, представляет собой ось вращения, вокруг которой может двигаться балка. В зависимости от расположения опоры под балкой различают три типа рычага, которые будут рассмотрены ниже.
Еще одним важным понятием для любого рычага является «плечо». Под ним понимают часть балки, которая находится между ее концом и опорой при условии, что воздействующие силы приложены к концам балки. Длина плеча играет важную роль при определении условий равновесия рычага.
Рычаг предназначен для преобразования силы в перемещение или, наоборот, перемещения в силу. Другими словами, рассматриваемый простой механизм, используется для перераспределения работы, которую следует выполнить, в пользу приложенной силы или в пользу осуществляемого перемещения. Рисунок ниже показывает пример рычага первого рода.
Понятие о моменте силы
Прежде чем переходить к формулировке правила равновесия рычага, рассмотрим понятие крутящего момента или момента силы. В физике под ним понимают величину, равную произведению плеча силы на саму силу. Математически это записывается так:
Где, F — воздействующая сила, d — плечо силы, которое соответствует расстоянию от точки приложения F до оси вращения. Последний элемент системы, то есть ось вращения, играет принципиальную роль при определении момента M. Без наличия оси вращения нет никакого смысла говорить о действующем моменте силы.
Физический смысл величины M заключается в отражении способности силы F совершить поворот системы вокруг оси. На практике эту способность можно ощутить, если попытаться открутить гайку не гаечным ключом, а руками, или же если постараться открыть дверь не за ручку, а толкая ее вблизи навесных петель.
Во время решения задач момент силы M может приводить как к вращению системы по часовой стрелке, так и против ее хода. В первой случае момент считают отрицательным, во втором — положительным.
Выигрыш и проигрыш в использовании рычага
Следует четко понимать, что при использовании рычага сохраняется полная энергия системы. Чтобы поднять груз на некоторую высоту, необходимо совершить определенную работу. Поскольку в формуле правила рычага стоит произведение силы на длину плеча, то отмеченную работу можно выполнить как с помощью большей силы, так и с помощью меньшей. Однако в первом случае необходимо будет переместить плечо рычага в вертикальном направлении на малую величину, во втором же случае — на большую величину. Это и есть выигрыш и проигрыш в использовании рычага.
Заметим, что в формуле правила рычага стоят значения моментов. Никакого отношения к работе они не имеют. Момент силы выполняет работу только тогда, когда система за счет его действия поворачивается вокруг оси на некоторый угол.
Простой механизм блок
Рассматривая правила рычага, полезно сказать несколько слов о еще одном простом механизме — блоке. Представляет он собой обычный цилиндр с осью вращения, который имеет углубление по периметру своей боковой поверхности. Пример использования неподвижного блока показан ниже.
Как видно, выигрыша в силе и пути не происходит, однако неподвижный блок позволяет изменить направление воздействующей силы F.
Применение правила равновесия рычага к блоку производят, когда требуется рассчитать выигрыш в силе при использовании подвижных блоков. Один такой блок позволяет выиграть в 2 раза в силе и во столько же раз проиграть в пути.
Следует четко понимать, что при использовании рычага сохраняется полная энергия системы. Чтобы поднять груз на некоторую высоту, необходимо совершить определенную работу. Поскольку в формуле правила рычага стоит произведение силы на длину плеча, то отмеченную работу можно выполнить как с помощью большей силы, так и с помощью меньшей. Однако в первом случае необходимо будет переместить плечо рычага в вертикальном направлении на малую величину, во втором же случае — на большую величину. Это и есть выигрыш и проигрыш в использовании рычага.
Давайте будем совместно делать уникальный материал еще лучше, и после его прочтения, просим Вас сделать репост в удобную для Вас соц. сеть.