Физикадағы тепе-теңдік – бұл жүйенің қоршаған заттармен салыстырмалы тыныштықта болатын күйі. Статика – тепе-теңдік жағдайларын зерттейтін ғылым. Жұмыс істеуі үшін тепе-теңдік шарттарын білу принципті маңызы бар механизмдердің бірі рычаг болып табылады. Левередж түрлерінің қандай екенін мақалада қарастырыңыз.
Физикада бұл не?
Рычагтардың түрлері туралы айтпас бұрын (физикадан 7-сыныпта бұл тақырып өтеді), осы құрылғыны анықтап алайық. Рычаг - күшті қашықтыққа және керісінше түрлендіруге мүмкіндік беретін қарапайым механизм. Рычагтың қарапайым құрылғысы бар, ол белгілі бір ұзындығы бар арқалықтан (тақта, штанга) және бір тіректен тұрады. Тіректің орналасуы бекітілмеген, сондықтан оны сәуленің ортасында да, оның соңында да орналастыруға болады. Біз тірек орны негізінен тұтқаның түрін анықтайтынын бірден байқаймыз.
Соңғысын адам ертеден қолданып келеді. Ежелгі Месопотамияда немесе Египетте оның көмегімен өзендерден су көтергені немесе үлкен тастарды жылжытқаны белгілі.әртүрлі құрылымдардың құрылысы. Ежелгі Грецияда тұтқаны белсенді түрде қолданды. Осы қарапайым механизмді қолданудың сақталған жалғыз жазбаша дәлелі Плутархтың «Параллельді өмір» еңбегі болып табылады, мұнда философ Архимедтің блоктар мен тұтқалар жүйесін пайдалануының мысалын келтіреді.
Момент түсінігі
Физикадағы рычагтардың әртүрлі типтерінің жұмыс істеу принципін түсіну, егер сіз күш моменті түсінігімен тығыз байланысты қарастырылатын механизмнің тепе-теңдігі туралы мәселені зерттесеңіз мүмкін болады.
Күш моменті – бұл күшті оның әсер ету нүктесінен айналу осіне дейінгі қашықтыққа көбейту арқылы алынатын шама. Бұл қашықтық «күштің иығы» деп аталады. Сәйкесінше F және d - күш пен оның иығын белгілейік, сонда мынаны аламыз:
M=Fd
Күш моменті бүкіл жүйенің осы осінің айналасында айналу мүмкіндігін қамтамасыз етеді. Күштің әрекет ету сәтін байқауға болатын жарқын мысалдар - гайканы кілтпен бұрап алу немесе есіктің топсаларынан алыс орналасқан тұтқасы бар есікті ашу.
Момент – векторлық шама. Мәселелерді шешуде көбінесе оның белгісін ескеру қажет. Денелер жүйесінің сағат тіліне қарсы айналуына әкелетін кез келген күш + белгісімен күш моментін жасайтынын есте ұстаған жөн.
Речка тепе-теңдігі
Жоғарыдағы суретте әдеттегі тұтқа көрсетілген және оған әсер ететін күштер белгіленген. Кейінірек мақалада бұл туралы айтылады -бірінші түрдегі левередж. Мұнда F және R әріптері сәйкесінше сыртқы күшті және жүктің белгілі бір салмағын білдіреді. Сондай-ақ тірек ортасынан ығысқанын көруге болады, сондықтан dF және dR қолдардың ұзындығы бір-біріне тең емес.
Статикада рычагтың тұтас механизм ретінде қозғалмайтыны көрсетілген, оған әсер ететін барлық күштердің қосындысы нөлге тең болуы керек. Біз олардың екеуін ғана атап өттік. Шын мәнінде, бұл екеуіне қарама-қарсы және олардың қосындысына тең үшіншісі де бар - бұл қолдау реакциясы.
Рычаг айналмалы қозғалыстарды жасамауы үшін барлық күш моменттерінің қосындысы нөлге тең болуы керек. Тіректің реакциялық күшінің иығы нөлге тең, сондықтан ол момент жасамайды. F және R күштерінің моменттерін жазу қалды:
RdR- FdF=0=>
RdR=FdF
Формула ретінде жазылған тұтқаның тепе-теңдік шарты, сонымен қатар берілген:
dR/dF=F/R
Бұл теңдік рычаг айналмауы үшін сыртқы күш көтеріліп жатқан жүктің салмағынан қанша есе көп (кем) болуы керек, бұл күштің иіні неше есе аз (үлкен) жүк жүкке салмақ түсіретін тұтқадан жоғары.
Берілген тұжырым қарастырылып отырған механизмнің көмегімен жолда қанша рет жеңетінімізді білдіреді, біз сол мөлшерде күш жоғалтамыз.
Бірінші түрдегі тұтқа
Ол алдыңғы абзацта көрсетілген. Бұл жерде біз жай ғана айтамыз, бұл түрдегі рычаг үшін тірек әрекет етуші күштер F және R арасында орналасқан. Қолдардың ұзындықтарының қатынасына байланысты мұндай рычагсалмақты көтеру үшін де, денені жеделдету үшін де қолданылады.
Механикалық таразылар, қайшылар, тырнақ тартқыш, катапульт бірінші түрдегі рычагтардың мысалдары болып табылады.
Тепе-теңдік жағдайында бізде ұзындығы бірдей екі қол бар, сондықтан рычагтың тепе-теңдігі F және R күштері бір-біріне тең болғанда ғана қол жеткізіледі. Бұл факт массасы белгісіз денелерді анықтамалық мәнмен салыстыру арқылы өлшеу үшін қолданылады.
Қайшы мен тырнақ тартқыш - күш алудың, бірақ жолда жоғалтудың тамаша мысалдары. Қағаз парағы қайшы осіне неғұрлым жақын болса, оны кесу оңайырақ болатынын бәрі біледі. Керісінше, егер сіз қағазды қайшының ұштарымен кесуге тырыссаңыз, онда олар оны «шайнауға» кірісу ықтималдығы жоғары. Қайшының немесе тырнақ тартқыштың сабы неғұрлым ұзын болса, сәйкес әрекетті орындау оңайырақ болады.
Катапультаға келетін болсақ, бұл жолда рычагтың көмегімен жетудің, демек оның иығынан снарядқа беретін жеделдеудің жарқын мысалы.
Екінші түрдегі тұтқа
Екінші түрдегі барлық рычагтарда тірек арқалықтың бір ұшына жақын орналасқан. Бұл орналасу тұтқада тек бір иықтың болуына әкеледі. Бұл жағдайда жүктің салмағы әрқашан тірек пен сыртқы күш F арасында орналасады. Екінші түрдегі рычагтағы күштердің орналасуы бірден-бір пайдалы нәтижеге әкеледі: күштің артуы.
Бұл левередж түріне мысал ретінде ауыр жүктерді көтеруге арналған арбаны және жаңғақ жарғышты келтіруге болады. Екі жағдайда да жол бойындағы жоғалту ешқандай теріс мәнге ие емес. Сонымен, қолмен болған жағдайдадоңғалақтар, ол қозғалған кезде жүкті салмақта ұстау ғана маңызды. Бұл жағдайда түсірілген күш жүк салмағынан бірнеше есе аз болады.
Үшінші түрдегі тұтқа
Бұл түрдегі рычагтың дизайны көптеген жағынан алдыңғысына ұқсас. Бұл жағдайда тірек сонымен қатар арқалықтың ұштарының бірінде орналасқан, ал тұтқаның бір қолы бар. Дегенмен, ондағы әрекет ететін күштердің орналасуы екінші түрдегі рычагқа қарағанда мүлдем басқаша. F күшінің әсер ету нүктесі жүк салмағы мен тірек арасында.
Күрек, тосқауыл, қармақ және пинцет - бұл левередж түрінің жарқын мысалдары. Осы жағдайлардың бәрінде біз жолда жеңеміз, бірақ күште айтарлықтай жоғалту бар. Мысалы, ауыр жүкті пинцетпен ұстау үшін үлкен F күшін қолдану керек, сондықтан бұл құралды пайдалану онымен ауыр заттарды ұстауды білдірмейді.
Қорытындылай келе, тұтқалардың барлық түрлері бір принцип бойынша жұмыс істейтінін атап өтеміз. Олар жүктерді тасымалдау жұмысында пайда әкелмейді, тек бұл жұмысты оны неғұрлым ыңғайлы жүзеге асыру бағытында қайта бөлуге мүмкіндік береді.
