Din cele mai vechi timpuri, omenirea a căutat prin orice mijloace să-și faciliteze munca fizică. Mecanismele simple au devenit un mijloc de a rezolva această problemă. Acest articol discută invenții precum pârghia și blocul, precum și sistemul de pârghii și blocuri.
Ce este efectul de pârghie și când a fost folosit?
Probabil că toată lumea a fost familiarizată cu acest mecanism simplu încă din copilărie. În fizică, o pârghie este o combinație între o grindă (tijă, scândură) și un suport. Servește ca pârghie pentru ridicarea greutăților sau pentru comunicarea vitezei către corpuri. In functie de pozitia suportului sub grinda, maneta poate duce la un castig fie in forta, fie in deplasarea sarcinilor. De spus că pârghia nu duce la o reducere a muncii ca mărime fizică, vă permite doar să redistribuiți execuția acesteia într-un mod convenabil.
Man a folosit efectul de pârghie de mult timp. Deci, există dovezi că a fost folosit de egiptenii antici în construcția piramidelor. Prima descriere matematică a efectului pârghiei datează din secolul al III-lea î. Hr. și aparține lui Arhimede. O explicație modernă a principiului de funcționare a acestui mecanism implicândconceptul de moment al forței a apărut abia în secolul al XVII-lea, în timpul formării mecanicii clasice a lui Newton.
Regula pârghiei
Cum funcționează maneta? Răspunsul la această întrebare este cuprins în conceptul de moment al forței. Aceasta din urmă se numește o astfel de valoare, care se obține ca urmare a înmulțirii brațului forței cu modulul său, adică:
M=Fd
Brațul forței d este distanța de la punctul de sprijin până la punctul de aplicare a forței F.
Când o pârghie își face treaba, există trei forțe diferite care acționează asupra ei:
- forță externă aplicată, de exemplu, de o persoană;
- greutatea sarcinii pe care o persoană încearcă să o deplaseze cu o pârghie;
- reacția suportului care acționează din lateralul suportului la grinda pârghiei.
Reacția suportului echilibrează celel alte două forțe, astfel încât pârghia nu se deplasează înainte în spațiu. Pentru ca acesta să nu efectueze și mișcare de rotație, este necesar ca suma tuturor momentelor de forță să fie egală cu zero. Momentul de forță este întotdeauna măsurat în raport cu o axă. În acest caz, această axă este punctul de sprijin. Cu această alegere a axei, umărul acțiunii forței de reacție a suportului va fi egal cu zero, adică această forță creează un moment zero. Figura de mai jos prezintă o pârghie tipică de primul fel. Săgețile marchează forța externă F și greutatea sarcinii R.
Notați suma momentelor pentru aceste forțe, avem:
RdR+ (-FdF)=0
Egalitatea la zero a sumei momentelor asigură absența rotației brațelor pârghiei. Momentforța F este luată cu semn negativ, deoarece această forță tinde să rotească maneta în sensul acelor de ceasornic, în timp ce forța R tinde să facă această rotire în sens invers acelor de ceasornic.
Rescriind această expresie în următoarele forme, obținem condițiile de echilibru pentru pârghie:
RdR=FdF;
dR/dF=F/R
Am obținut egalitățile scrise folosind conceptul de moment al forței. În secolul III î. Hr. e. Filosofii greci nu știau despre acest concept fizic, cu toate acestea, Arhimede a stabilit o relație inversă între raportul forțelor care acționează asupra brațelor pârghiei și lungimea acestor brațe ca urmare a observațiilor experimentale.
Egalitățile înregistrate arată că o scădere a lungimii brațului dR contribuie la apariția posibilității de a ridica greutăți mari cu ajutorul unei forțe mici F și a unui braț lung dF R cargo.
Ce este un bloc în fizică?
Block este un alt mecanism simplu, care este un cilindru rotund cu o canelură de-a lungul perimetrului suprafeței cilindrice. Brazda servește la asigurarea frânghiei sau a lanțului. Blocul are o axă de rotație. Figura arată un exemplu de bloc care demonstrează cum funcționează.
Acest bloc se numește fix. Nu oferă un câștig în forță, dar vă permite să-i schimbați direcția.
Pe lângă blocul fix, există un bloc în mișcare. Sistemul de blocuri mobil și fix este prezentat mai jos.
Dacă regula momentelor se aplică acestui sistem, atunci obținemcâștigul în forță este de două ori, dar în același timp pierdem aceeași sumă pe drum (în figura F=60 N).
Sistemul de pârghii și blocuri
După cum sa menționat în paragrafele anterioare, pârghia poate fi folosită pentru a câștiga calea sau puterea, în timp ce blocarea vă permite să obțineți putere și să schimbați direcția acțiunii sale. Aceste proprietăți ale mecanismelor simple considerate sunt utilizate în sistemele de pârghii și blocuri. În aceste sisteme, fiecare element ia o anumită forță și o transferă altor elemente, astfel încât să obținem forța inițială ca rezultat.
Ușurința de acționare a pârghiei și a blocului și flexibilitatea utilizării lor structurale fac posibilă alcătuirea unor mecanisme complexe dintr-o astfel de combinație.
Exemple de utilizare a sistemelor de mecanisme simple
De fapt, orice mașinărie care ne înconjoară sunt sisteme de pârghii și blocuri. Iată cele mai faimoase exemple:
- mașină de scris;
- pian;
- macara;
- schele pliabile;
- paturi și mese reglabile;
- un set de oase, articulații și mușchi umani.
Dacă este cunoscută forța de intrare în fiecare dintre aceste sisteme, atunci forța de ieșire poate fi calculată prin aplicarea succesivă a regulii pârghiei fiecărui element al sistemului.
