Адамзат ұзақ уақыт бойы физикалық еңбекті жеңілдету және жеңілдету үшін қарапайым машиналар мен механизмдерді қолданды. Бұл механизмдердің бірі рычаг болып табылады. Физикадағы рычаг дегеніміз не, оның тепе-теңдігін қандай формула сипаттайды және тұтқалардың қандай түрлері бар - осы сұрақтардың барлығы мақалада ашылған.
Тұжырымдама
Физикадағы рычаг - арқалық немесе тақта және бір тіректен тұратын механизм. Тірек негізінен арқалықты екі тең емес бөлікке бөледі, олар рычагтар деп аталады. Соңғысы тірек нүктесінің айналасында айналмалы қозғалыс жасай алады.
Қарапайым механизм болғандықтан, рычаг қуатта немесе транзитте пайда болатын физикалық жұмыстарды орындауға арналған. Қолданылатын күштер оның жұмысы кезінде рычагтың қолдарына әсер етеді. Солардың бірі – қарсылық күші. Ол жылжытуға (көтеруге) қажет жүктің салмағынан жасалады. Екінші күш – кейбір сыртқы күш, ол көп жағдайда адам қолының көмегімен иінтіректі қолға түсіріледі.
Жоғарыдағы суретте әдеттегі тұтқа көрсетілгенекі иық. Кейінірек мақалада оның неліктен екінші түрдегі левереджге қатысты екені түсіндіріледі.
Речка ережесі келесідей:
КүшКүш тұтқасы=ЖүктеуЖүктеу тұтқасы
Күш моменті
Физикадағы рычаг тақырыбынан біраз шегініс жасап, оның жұмысын түсіну үшін маңызды физикалық шаманы қарастырайық. Бұл күш моменті туралы. Ол күш пен оның қолдану иінінің ұзындығының көбейтіндісі болып табылады, ол математикалық түрде келесідей жазылады:
M=Fd
Шатастыруға болмайды, d күшінің қолы мен рычагтың қолы, жалпы бұл әртүрлі ұғымдар.
Күш моменті соңғысының жүйеде бұрылыс жасау мүмкіндігін көрсетеді. Осылайша, көптеген адамдар есікті ілмектерге жақындатқаннан гөрі тұтқасынан ашу әлдеқайда оңай екенін немесе қысқа кілтпен емес, ұзын кілтпен болттағы гайканы бұрап алу оңайырақ екенін біледі.
Күш моменті - вектор. Физикадағы қарапайым рычагтық механизмнің жұмысын түсіну үшін, егер күш тұтқаны сағат тіліне қарсы бұруға бейім болса, сәт оң деп есептелетінін білу жеткілікті. Егер ол сағат тілінің бағытымен бұрылуға бейім болса, онда сәтті минус белгісімен алу керек.
Физикадағы тепе-теңдік тепе-теңдігі
Рычаг қандай жағдайда тепе-теңдікте болатынын түсінуді жеңілдету үшін келесі суретті қарастырыңыз.
Бұл жерде екі күш көрсетілген: R жүктемесі және оны жеңу үшін қолданылатын F сыртқы күшжүктер. Бұл күштердің қолдары сәйкесінше dR және dF тең. Шындығында, тағы бір күш бар - арқалық пен тұтқаның тірегі арасындағы байланыс нүктесінде тігінен жоғары әрекет ететін тірек реакциясы. Бұл күштің иығы нөлге тең болғандықтан, тепе-теңдік шартын анықтау кезінде ол әрі қарай қарастырылмайды.
Статика бойынша сыртқы күштердің моменттерінің қосындысы нөлге тең болса жүйенің айналуы мүмкін емес. Осы сәттердің қосындысын олардың белгісін ескере отырып жазайық:
RdR- FdF=0.
Жазбаша теңдік рычаг үшін жеткілікті тепе-теңдік шартын көрсетеді. Егер рычагқа екі емес күш әсер етсе, бірақ одан да көп болса, бұл жағдай әлі де сақталады. Тек екі күш моментінің қосындысының орнына әрекет етуші күштердің барлық моменттерінің қосындысын тауып, оларды нөлге теңеу керек болады.
Жеңіс күшті және жолда
Алдыңғы абзацта жазылған физикадағы рычаг күштерінің моменттері үшін өрнек келесі түрде қайта жазылады:
RdR=FdF
Жоғарыдағы формуладан:
dR / dF=F / R.
Бұл теңдік тепе-теңдікті сақтау үшін F күші R жүктің салмағынан неше есе артық, оның қолынан неше есе үлкен болуы керек екенін айтадыF d R қолынан аз. Тұтқаны жылжыту процесінде үлкенірек қол кіші қолға қарағанда ұзағырақ жолмен жүретіндіктен, біз тұтқаны екі жолмен бірдей жұмысты орындау мүмкіндігін аламыз:
- көбірек F күшін қолданып, иықты жылжытыңызқысқа қашықтық;
- кішкене F күшін қолданып, иықты ұзақ қашықтыққа жылжытыңыз.
Бірінші жағдайда R жүкті жылжыту процесінде жолдағы өсім туралы айтылады, екінші жағдайда күшке өсу алынады, өйткені F < R.
Левередж қайда қолданылады және олар қандай?
Физикадағы рычаг күштерінің қолданылу нүктесіне және тіреуіштің орнына байланысты ең қарапайым механизм үш түрлі болуы мүмкін:
- Бұл екі қолды рычаг, онда тіреу орны арқалықтың екі шетінен бірдей алынып тасталады. Қолдың ұзындықтарының арақатынасына байланысты рычагтың бұл түрі жолмен де, күшпен де жеңуге мүмкіндік береді. Оны қолдану мысалдарына таразы, тістеуік, қайшы, тырнақ тартқыш, нәресте әткеншегі жатады.
- Екінші түрдегі рычаг бір қолды, яғни тіреуіш оның бір ұшына жақын орналасқан. Бұл жағдайда сыртқы күш арқалықтың екінші ұшына түседі, ал жүк күші тірек пен сыртқы күш арасында әрекет етеді, бұл дәл осы күште жеңуге мүмкіндік береді. Арба немесе жаңғақ жарғыш - бұл левередж түрінің тамаша мысалдары.
- Механизмнің үшінші түрі қармақ немесе пинцет сияқты мысалдармен ұсынылған. Бұл рычаг да бір қолды, бірақ сыртқы қолданылатын күш жүкті қолдану нүктесінен гөрі тірекке жақынырақ. Қарапайым механизмнің бұл дизайны жолда жеңіске жетуге мүмкіндік береді, бірақ күшін жоғалтады. Сондықтан кішкентай балықты қармақ ұшының немесе ауыр затты пинцетпен ұстау қиын.
Қайталап айтайын, физикадағы рычаг тек рұқсат бередіжүктерді тасымалдаудың осы немесе басқа жұмысын орындауға ыңғайлы етеді, бірақ бұл жұмыста жеңіске жетуге мүмкіндік бермейді.
