Ежелгі заманнан бері адамзат өзінің физикалық еңбегін жеңілдету үшін кез келген тәсілмен ұмтылды. Қарапайым механизмдер бұл мәселені шешудің құралына айналды. Бұл мақалада рычаг пен блок, сондай-ақ тетіктер мен блоктар жүйесі сияқты өнертабыстар талқыланады.
Левередж дегеніміз не және ол қашан қолданылды?
Бұл қарапайым механизммен бәрі бала кезінен таныс болса керек. Физикада рычаг - бұл арқалықтың (шыбықтың, тақтайдың) және бір тіректің қосындысы. Салмақ көтеру немесе денелерге жылдамдықты жеткізу үшін тұтқа ретінде қызмет етеді. Арқалықтың астындағы тіректің орнына байланысты рычаг күштің немесе жүктердің қозғалысының өсуіне әкелуі мүмкін. Айта кету керек, рычаг физикалық шама ретінде жұмыстың төмендеуіне әкелмейді, ол тек оның орындалуын ыңғайлы түрде қайта бөлуге мүмкіндік береді.
Адам ұзақ уақыт бойы левереджді пайдаланып келеді. Демек, оны ежелгі египеттіктер пирамидаларды салуда қолданғаны туралы деректер бар. Тұтқаны әсерінің алғашқы математикалық сипаттамасы біздің дәуірімізге дейінгі 3 ғасырға жатады және Архимедке тиесілі. Бұл механизмнің жұмыс істеу принципін қазіргі заманғы түсіндірукүш моменті туралы түсінік тек 17 ғасырда, Ньютонның классикалық механикасының қалыптасуы кезінде пайда болды.
Рычаг ережесі
Рычаг қалай жұмыс істейді? Бұл сұрақтың жауабы күш моменті ұғымында қамтылған. Соңғысы күштің иін модуліне көбейту нәтижесінде алынатын шама деп аталады, яғни:
M=Fd
D күшінің иіні - тірек нүктесінен F күшінің әсер ету нүктесіне дейінгі қашықтық.
Рычаг өз жұмысын орындағанда, оған үш түрлі күш әсер етеді:
- сыртқы күш, мысалы, адам қолданады;
- адам рычагпен жылжытуға тырысатын жүктің салмағы;
- тіреу бүйірінен рычаг арқалығына әсер ететін тіректің реакциясы.
Тіректің реакциясы қалған екі күшті теңестіреді, сондықтан рычаг кеңістікте алға жылжымайды. Айналмалы қозғалысты да орындамауы үшін күштердің барлық моменттерінің қосындысы нөлге тең болуы керек. Күш моменті әрқашан белгілі бір оське қатысты өлшенеді. Бұл жағдайда бұл ось тірек нүктесі болып табылады. Бұл осьті таңдау кезінде тіректің реакциялық күшінің әрекетінің иығы нөлге тең болады, яғни бұл күш нөлдік момент жасайды. Төмендегі суретте бірінші түрдегі әдеттегі тұтқа көрсетілген. Көрсеткілер сыртқы F күшін және R жүктің салмағын белгілейді.
Осы күштер үшін моменттердің қосындысын жазыңыз, бізде:
RdR+ (-FdF)=0
Моменттердің қосындысының нөлге теңдігі рычаг қолдарының айналуының жоқтығын қамтамасыз етеді. СәтF күші теріс таңбамен қабылданады, себебі бұл күш тұтқаны сағат тілімен бұруға бейім, ал R күші оны сағат тіліне қарсы бұруға бейім.
Осы өрнекті келесі пішіндерде қайта жаза отырып, тетік үшін тепе-теңдік шарттарын аламыз:
RdR=FdF;
dR/dF=F/R
Күш моменті түсінігі арқылы жазбаша теңдіктерді алдық. Біздің эрамызға дейінгі III ғасырда. e. Грек философтары бұл физикалық концепцияны білмеген, соған қарамастан Архимед тәжірибелік бақылаулар нәтижесінде рычагтың иықтарына әсер ететін күштердің қатынасы мен осы қолдардың ұзындығы арасында кері байланыс орнатты.
Тіркелген теңдіктер қолдың ұзындығының азаюы dR шағын күш F және a көмегімен үлкен салмақты көтеру мүмкіндігінің пайда болуына ықпал ететінін көрсетеді. ұзын қол dF R жүк.
Физикадағы блок дегеніміз не?
Блок – тағы бір қарапайым механизм, ол цилиндрлік бетінің периметрі бойынша ойығы бар дөңгелек цилиндр. Бороз арқанды немесе шынжырды бекіту үшін қызмет етеді. Блоктың айналу осі бар. Суретте оның қалай жұмыс істейтінін көрсететін блоктың мысалы көрсетілген.
Бұл блок бекітілген деп аталады. Ол күш-қуатты арттырмайды, бірақ оның бағытын өзгертуге мүмкіндік береді.
Тіркелген блоктан басқа қозғалатын блок бар. Жылжымалы және бекітілген блок жүйесі төменде көрсетілген.
Егер осы жүйеге сәт ережесі қолданылса, онда аламызкүштің өсуі екі есе, бірақ сонымен бірге біз жолда бірдей мөлшерді жоғалтамыз (F=60 N суретінде).
Тычектер мен блоктар жүйесі
Алдыңғы параграфтарда айтылғандай, левередж жолды немесе қуат алу үшін пайдаланылуы мүмкін, ал блок қуат алуға және оның әрекетінің бағытын өзгертуге мүмкіндік береді. Қарастырылып отырған қарапайым механизмдердің бұл қасиеттері рычагтар мен блоктар жүйелерінде қолданылады. Бұл жүйелерде әрбір элемент біраз күш алып, оны басқа элементтерге береді, осылайша біз шығыс ретінде бастапқы күшті аламыз.
Рычаг пен блоктың жұмысының қарапайымдылығы және оларды құрылымдық пайдаланудың икемділігі осындай комбинациядан күрделі механизмдерді құрастыруға мүмкіндік береді.
Қарапайым механизмдер жүйесін пайдалану мысалдары
Шын мәнінде, бізді қоршап тұрған кез келген машиналар рычагтар мен блоктар жүйесі болып табылады. Міне ең танымал мысалдар:
- машина;
- фортепиано;
- кран;
- жиналмалы тірек;
- реттелетін кереуеттер мен үстелдер;
- адам сүйектерінің, буындарының және бұлшықеттерінің жиынтығы.
Егер осы жүйелердің әрқайсысындағы кіріс күші белгілі болса, жүйенің әрбір элементіне тұтқа ережесін дәйекті қолдану арқылы шығыс күшін есептеуге болады.
