Рычаг и простые механизмы

Что такое простые механизмы

Простые механизмы — это приспособления, которые служат для преобразования силы: они позволяют выиграть в силе, изменить её направление и облегчить работу. К простым механизмам относят рычаг, блок, наклонную плоскость, ворот, клин и винт. Самый важный из них — рычаг.

Рычаг и его условие равновесия

Рычаг — это твёрдое тело, которое может вращаться вокруг неподвижной опоры (точки опоры). На рычаг действуют две силы, стремящиеся повернуть его в разные стороны. Плечо силы — это кратчайшее расстояние от точки опоры до линии действия силы.

Рычаг находится в равновесии, когда силы обратно пропорциональны их плечам:

F_1 / F_2 = l_2 / l_1

Момент силы

Момент силы — это произведение силы на её плечо:

M = F * l

Момент измеряется в ньютон-метрах (Н*м). Правило моментов: рычаг в равновесии, если момент силы, вращающей по часовой стрелке, равен моменту силы, вращающей против часовой стрелки.

Разобранный пример

На рычаг слева действует сила 20 Н с плечом 0,3 м. Какова сила справа с плечом 0,2 м при равновесии?

F_1 * l_1 = F_2 * l_2

20 * 0,3 = F_2 * 0,2 => F_2 = 6 / 0,2 = 30 Н

Виды рычагов в жизни

Рычаги окружают нас повсюду. Ножницы, кусачки, плоскогубцы — это рычаги, у которых точка опоры между приложенными силами. Лом, которым поднимают тяжёлый груз, тоже рычаг. Рычагами являются вёсла лодки, ручка двери, педаль велосипеда. Применяя рычаг, человек прикладывает меньшую силу к длинному плечу и получает большую силу на коротком плече.

Блоки и наклонная плоскость

Неподвижный блок не даёт выигрыша в силе, но меняет её направление: тянем верёвку вниз, а груз поднимается вверх — так удобнее. Подвижный блок даёт выигрыш в силе в два раза. Наклонная плоскость позволяет поднимать груз меньшей силой: чем длиннее и положе плоскость, тем меньше нужная сила, но тем длиннее путь.

Золотое правило механики

Золотое правило механики. Ни один простой механизм не даёт выигрыша в работе: во сколько раз выигрываем в силе, во столько же раз проигрываем в пути. Частая ошибка — думать, что рычаг «создаёт» работу; он лишь перераспределяет силу и путь. Ещё одна ошибка — путать плечо силы с длиной рычага: плечо измеряют от опоры до линии действия силы.

Кратко о главном

• Простые механизмы преобразуют силу и облегчают работу.
• Рычаг уравновешен, когда силы обратно пропорциональны плечам.
• Момент силы: M = F * l, измеряется в Н*м.
• Правило моментов задаёт условие равновесия рычага.
• Золотое правило: выигрыш в силе равен проигрышу в пути.