Момент силы и равновесие тела
⚡ Физика · 7 класс
Момент силы
Моментом силы называют величину, которая характеризует вращающее действие силы. Именно момент силы определяет, повернётся ли рычаг, откроется ли дверь, перевесит ли одна сторона качелей. Чем дальше от оси приложена сила, тем легче вращать тело.
Открыть тяжёлую дверь легко, если толкать её у края, далеко от петель, и трудно — у самих петель. Сила может быть одна и та же, но результат разный, потому что разное плечо силы. На этом основано действие всех рычагов.
Плечо силы
Плечо силы — это кратчайшее расстояние от оси вращения до линии действия силы. Чтобы найти плечо, проводят от оси перпендикуляр к линии, вдоль которой направлена сила. Момент силы вычисляют так:
M = F · l
F — сила (Н)
l — плечо силы (м)
Единица момента — ньютон-метр (Н·м)Правило моментов
Рычаг находится в равновесии, когда момент силы, вращающей его в одну сторону, равен моменту силы, вращающей в другую сторону. Это правило равновесия рычага.
Правило моментов: рычаг уравновешен, если F_1 · l_1 = F_2 · l_2.Пример: слева F_1 = 4 Н, плечо l_1 = 3 м
Справа плечо l_2 = 2 м, найти F_2
F_1 · l_1 = F_2 · l_2
4 · 3 = F_2 · 2
F_2 = 12 / 2 = 6 Н| Сторона | Сила, Н | Плечо, м | Момент, Н·м |
|---|---|---|---|
| Левая | 4 | 3 | 12 |
| Правая | 6 | 2 | 12 |
Где применяют правило моментов
Правило моментов объясняет работу качелей, рычажных весов, ножниц, гаечного ключа. Длинная ручка ключа даёт большое плечо, поэтому даже малой силой можно создать большой момент и открутить тугую гайку. По той же причине ручку у двери ставят как можно дальше от петель.
Как уравновесить тяжёлое лёгким
Из правила моментов следует важный вывод: меньшей силой на большом плече можно уравновесить большую силу на малом плече. На этом основаны качели-доска: лёгкий ребёнок уравновешивает тяжёлого взрослого, если садится дальше от опоры. Достаточно подобрать плечи так, чтобы произведения силы на плечо с обеих сторон стали равны.
Взрослый: F_1 = 600 Н, плечо l_1 = 1 м
Ребёнок: F_2 = 300 Н, какое плечо l_2?
F_1 · l_1 = F_2 · l_2
600 · 1 = 300 · l_2
l_2 = 600 / 300 = 2 мЗначит, ребёнок должен сесть в два раза дальше от опоры, чем взрослый. Так простой расчёт помогает уравновесить рычаг. Этот же принцип используют в подъёмных кранах и грузовых весах, подбирая длину плеч так, чтобы небольшая сила удерживала тяжёлый груз в равновесии.
Частые ошибки: измеряют плечо не до линии действия силы, а вдоль наклонного рычага; забывают, что при равновесии моменты должны быть равны; путают силу и момент силы.
Кратко о главном
- Момент силы — мера вращающего действия силы.
- Плечо силы — кратчайшее расстояние от оси до линии действия силы.
- Момент вычисляют по формуле
M = F · l. - Рычаг в равновесии, если
F_1 · l_1 = F_2 · l_2.