Umanity a folosit de mult timp mașini și mecanisme simple pentru a face munca fizică mai ușoară și mai simplă. Unul dintre aceste mecanisme este pârghia. Ce este o pârghie în fizică, ce formulă îi descrie echilibrul și ce tipuri de pârghii sunt - toate aceste întrebări sunt dezvăluite în articol.
Concept
O pârghie în fizică este un mecanism format dintr-o grindă sau o placă și un suport. Suportul împarte în general grinda în două părți inegale, care se numesc brațe de pârghie. Acesta din urmă poate efectua o mișcare de rotație în jurul punctului de sprijin.
Fiind un mecanism simplu, maneta este concepută pentru a efectua munca fizică cu câștig fie în putere, fie în tranzit. Forțele aplicate acționează asupra brațelor pârghiei în timpul funcționării acesteia. Una dintre ele este puterea de rezistență. Este creat de greutatea încărcăturii care trebuie deplasată (ridicată). A doua forță este o forță externă, care în cele mai multe cazuri este aplicată brațului de pârghie cu ajutorul mâinilor umane.
Imaginea de mai sus arată o pârghie tipică cudoi umeri. Mai târziu în articol va fi explicat de ce se referă la efectul de pârghie de al doilea fel.
Regula pârghiei arată astfel:
ForțăForțare braț=ÎncărcareÎncărcare braț
Moment de forță
Să facem o digresiune de la tema pârghiei din fizică și să luăm în considerare o mărime fizică importantă pentru înțelegerea funcționării acesteia. Este vorba despre momentul forței. Este produsul dintre forța și lungimea brațului aplicației sale, care se scrie matematic după cum urmează:
M=Fd
Este important să nu confundați, brațul forței d și brațul pârghiei, în general, acestea sunt concepte diferite.
Momentul de forță arată capacitatea acestuia din urmă de a face o întoarcere în sistem. Deci, mulți oameni știu că este mult mai ușor să deschideți ușa de mâner decât să o împingeți aproape de balamale sau este mai ușor să deșurubați piulița de pe șurub cu o cheie lungă decât cu una scurtă.
Momentul de forță este un vector. Pentru a înțelege funcționarea unui mecanism de pârghie simplu în fizică, este suficient să știm că momentul este considerat pozitiv dacă forța tinde să rotească brațul pârghiei în sens invers acelor de ceasornic. Dacă tinde să facă o viraj în sensul acelor de ceasornic, atunci momentul trebuie luat cu semnul minus.
Echilibrul pârghiei în fizică
Pentru a înțelege mai ușor în ce stare va fi echilibrată pârghia, luați în considerare următoarea cifră.
Două forțe sunt afișate aici: o sarcină R și o forță externă F aplicată pentru a depăși acest lucruîncărcături. Brațele acestor forțe sunt egale cu dR și, respectiv, dF. De fapt, există o altă forță - reacția suportului, care acționează vertical în sus în punctul de contact dintre grinda și suportul pârghiei. Deoarece umărul acestei forțe este egal cu zero, nu va fi luat în considerare în continuare atunci când se determină starea de echilibru.
După statici, rotația sistemului este imposibilă dacă suma momentelor forțelor exterioare este egală cu zero. Să scriem suma acestor momente, ținând cont de semnul lor:
RdR- FdF=0.
Egalitatea scrisă reflectă condiția de echilibru suficientă pentru pârghie. Dacă nu două forțe acționează asupra pârghiei, ci mai multe, atunci această condiție va rămâne în continuare. Doar în locul sumei a două momente de forțe, va fi necesar să se găsească suma tuturor momentelor forțelor care acționează și să le echivaleze cu zero.
Câștiga este puternică și pe drum
Expresia pentru momentele forțelor pârghiei din fizică, care a fost scrisă în paragraful anterior, va fi rescrisă în următoarea formă:
RdR=FdF
Din formula de mai sus urmează:
dR / dF=F / R.
Această egalitate spune că, pentru a menține echilibrul, este necesar ca forța F să fie de câte ori mai mare decât greutatea sarcinii R, de câte ori brațul său dF mai puțin decât brațul d R. Deoarece brațul mai mare în procesul de mișcare a pârghiei parcurge o cale mai lungă decât brațul mai mic, avem posibilitatea de a efectua aceeași muncă folosind pârghia în două moduri:
- aplicați mai multă forță F și mutați umărul ladistanță scurtă;
- aplicați o forță mică F și mișcați umărul pe o distanță lungă.
În primul caz, se vorbește de un câștig pe parcurs în procesul de deplasare a sarcinii R, în al doilea caz, se obține un câștig în forță, deoarece F < R.
Unde se utilizează efectul de pârghie și care sunt acestea?
În funcție de punctul de aplicare a forțelor pârghiei în fizică și de poziția suportului, cel mai simplu mecanism poate fi de trei tipuri:
- Aceasta este o pârghie cu două brațe, în care poziția de sprijin este îndepărtată în mod egal de la ambele capete ale grinzii. În funcție de raportul dintre lungimile brațelor, acest tip de pârghie vă permite să câștigați atât în cale, cât și în forță. Exemple de utilizare includ cântare, clești, foarfece, un extractor de unghii, un leagăn pentru copii.
- Pârghia de al doilea fel este cu un singur braț, adică suportul este situat lângă unul dintre capete. În acest caz, forța externă este aplicată la celăl alt capăt al grinzii, iar forța de sarcină acționează între suport și forța externă, ceea ce vă permite să câștigați chiar în această forță. O roabă sau un spărgător de nuci sunt exemple excelente de acest tip de pârghie.
- Al treilea tip de mecanism este reprezentat de exemple precum undița sau penseta. Această pârghie este, de asemenea, cu un singur braț, dar forța externă aplicată este deja mai aproape de suport decât de punctul de aplicare a sarcinii. Acest design al unui mecanism simplu vă permite să câștigați pe drum, dar să pierdeți putere. De aceea este dificil să ții un pește mic pe greutatea de la capătul unei undițe sau un obiect greu cu pensete.
Pentru a reitera, o pârghie în fizică permite doarfaceți convenabil să efectuați cutare sau cutare muncă de mutare a mărfurilor, dar nu vă permite să câștigați în această muncă.
