Od pamtivijeka, čovječanstvo koristi različiti mehanizmikoji su osmišljeni kako bi ublažili fizički rad. Jedan od njih je poluga. Ono što on predstavlja, koja je ideja o njegovoj uporabi, kao i stanju ravnoteže poluge, ovaj članak je posvećen razmatranju svih tih pitanja.
Kada je čovječanstvo primjenjivao načelo poluge?
Teško je odgovoriti na to pitanje, budući da su jednostavni mehanizmi već bili poznati drevnim Egipćanima i stanovnicima Mezopotamije u tri tisućinke godine prije naše ere.
Jedan takav mehanizmi je takozvana poluga. Predstavio je dug stup koji se nalazio na potpori. Potonji je postavljen bliže jednom kraju stupa. Do kraja, koji je bio dalje od točke potpore, vezan je plovilo, na drugom je stavio neke protuteže, na primjer, kamen. Sustav je podešen na takav način da je posuda napunjena pola dovela do horizontalnog položaja pola.
Lučica je služila za podizanje vode iz bunara, rijeke ili druge produbljivanja na razinu gdje se nalazila osoba. Primjenjujući malu silu na plovilo, čovjek ga spustio u izvor vode, posuda je bila napunjena tekućinom, a zatim, prateći lagani napor na drugi kraj stupa s protutezom, može se podići određena posuda.
Legenda o arhimedu i brodu
Drevni grčki filozof je poznato svima iz Grada Syracusea, Arhimed, koji je u svojim spisima ne samo opisivao načelo djelovanja jednostavnih mehanizama (poluga, nagnute ploče), već je i dovelo do odgovarajućih matematičkih formula. Do danas ostaje poznata fraza:
Daj mi točku podrške i pomaknuo sam ovaj svijet!
Kao što znate, nitko nije dao takvu podršku, a Zemlja je ostala na svom mjestu. Međutim, to je stvarno u mogućnosti premjestiti arhimede, pa je to brod. Jedna od legendi Plutarh (rad "Paralelni život") kaže sljedeće: Arhimede u pismu svom prijatelju, kralj Gierone Siracuse, rekao je da je mogao sam pomaknuti mnoge težine, pod određenim uvjetima. Gierona je bio iznenađen takvom izjavom filozofa i zamolio ga da pokaže o čemu govori. Arhimede su se složili. U jednom danu, Gieron brod, koji se nalazi u pristaništu, bio je napunjen od strane ljudi i napunjen bačvama za vodu. Filozof koji se nalazi na nekoj udaljenosti od broda, uspio ga je podići preko vode, povlačeći konopac, primjenjujući blagi napor.
Kompozitni dijelovi poluge
Unatoč činjenici da govorimo o prilično jednostavnom mehanizmu, još uvijek ima određeni uređaj. Fizički, sastoji se od dva glavna dijela: stup ili snop i podršku. Pri razmatranju zadataka, napada se smatra objektom koji se sastoji od dva (ili jedan) ramena. Rame je dio stupa, koji je u odnosu na potporu s jedne strane. Duljina ramena se igra u načelu rada mehanizma koji se razmatra.
Kada razmotre polugu na poslu, postoje još dva dodatna elementa: priložena sila i snaga opozicije. Prvo nastoji pomicati objekt koji stvara učinak protiv ukidanja.
Stanje ravnoteže u fizici
Nakon što se upoznaju s uređajem ovog mehanizma, dajemo matematičku formulu koristeći koji se može reći koja od ručice poluge iu kojem će se smjeru kretati ili, naprotiv, svi će se uređaj biti u mirovanju. Formula ima oblik:
gdje su F1 i F2 sile djelovanja i opozicije, odnosno, L1 i L2 - duljinu ramena na koje se primjenjuju te sile.
Ovaj izraz omogućuje istraživanje uvjeta ravnotežne poluge s osi rotacije. Dakle, ako je L1 rame veće od L2, tada će za balansiranje F2 trebati manju vrijednost F1. Naprotiv, ako L2\u003e L1, onda će se suprotstaviti sili F2, bit će potrebno primijeniti veliki F1. Ovi se nalazi mogu dobiti ako prepišete izraz iznad u sljedećem obliku:
Kao što se može vidjeti, sudjelovanje u procesu formiranja ravnoteže sile su u obrnutoj ovisnosti o duljini ruke poluge.
Što je dobitak i gubitak kada koristite polugu?
Iz gore navedenih formula slijedi važan zaključak: s dugim ramenima i niskim naporom, možete premjestiti predmete s ogromnom masom. To je istina, a mnogi ljudi mogu misliti da uporaba poluge dovodi do pobjede u radu. Ali nije. Rad je energetska vrijednost koja se ne može stvoriti iz ničega.
Aniziramo rad jednostavne poluge s dva laganja L1 i L2. Pretpostavimo na kraju ramena L2, postavljena je težina p (F2 \u003d p). Na kraju drugog ramena, osoba stvara snagu F1 i podiže ovo opterećenje na visinu h. Sada ćemo izračunati rad svake snage i izjednačiti dobivene rezultate. Dobivamo:
Sila F2 je djelovala duž vertikalne putanja duljine H, zauzvrat F1 također je djelovala duž okomitog, ali je već primijenjena na drugo rame, čiji je kraj preselio na nepoznatu vrijednost x. Da bi ga pronašli, potrebno je zamijeniti formulu veze između sila i ramena poluge. Izražavanje x, imamo:
x \u003d F2 * H / F1 \u003d L1 * h / l2.
Ova jednakost pokazuje da ako L1\u003e L2, zatim F2\u003e F1 i X\u003e H, to jest, nanošenje male sile, možete podići teret s mnogo težine, ali će morati premjestiti odgovarajuću ruku poluge (L1 ) na dulju udaljenost. Naprotiv, ako L1
Dakle, poluga ne daje dobitak u radu, to dopušta samo redistribuirati ili u korist manje pridružene sile, ili u korist veće amplitude pokreta objekta. Opće filozofsko načelo radi pod temom fizike: svaka pobjeda kompenzira se nekim gubitkom.
Vrste poluga
Ovisno o točkama primjene sile i na položaj potpore razlikuju sljedeće vrste ovog mehanizma:
- Prva vrsta: Podrška je između dvije sile F1 i F2, tako da će duljina ramena ovisiti o tome što poluga daje pobjedu. Primjer je uobičajena škara.
- Druga vrsta. Ovdje se nalazi sila protiv koje se obavlja rad nalazi se između potpore i popratnog napora. Ova vrsta dizajna znači da će uvijek dati pobjedu i gubitak na putu i brzinu. Njegov primjer je vrtni automobil.
- Treća vrsta. Posljednja opcija koja ostaje da se implementira u ovom jednostavnom dizajnu je položaj priloženog napora između potpore i sile protiv. U ovom slučaju, ona pokazuje dobitke na putu, ali gubi snagu. Primjer je pinceta.
Koncept sile
Razmatranje bilo kakvih problema u mehanici, koji uključuju koncepte osi ili točke rotacije, provodi se pomoću pravila pravila pravila. Budući da je potpora poluge također os (točka), oko koje se sustav okreće, tada se koristi trenutak sile za procjenu ravnoteže ovog mehanizma. Pod njom je magnituda u fizici jednaka radu aktivna snaga, i.e:
S obzirom na ovu definiciju, stanje ravnoteže poluge može se prepisati u sljedećem obliku:
M1 \u003d m2, gdje je M1 \u003d L1 * F1 i M2 \u003d L2 * F2.
MOMIT M ima dodatnost, to znači da je ukupan trenutak sile za sustav koji se razmatra može dobiti uobičajeni dodatak svih MI trenutaka koji djeluju na njega. Međutim, treba uzeti u obzir znak (sila koja uzrokuje rotaciju sustava u suprotnom od kazaljke na satu stvara pozitivan trenutak + m, i obrnuto). Uzimajući u obzir gore navedeno, pravilo trenutaka za polugu koja se nalazi u ravnoteži će izgledati ovako:
Poluga gubi ravnotežu kada m1 ≠ m2.
Gdje je načelo poluge?
Iznad, neki su primjeri korištenja ovog jednostavnog i poznatog mehanizma iz antičkih vremena već su prikazani. Ovdje, samo navedite nekoliko dodatnih primjera:
- Kliješta: poluga prvog roda, koja vam omogućuje stvaranje ogromnih napora zbog male duljine ramena L2, gdje se nalaze zubi alata.
- Otvarač pokriva limenki i boca: Ovo je poluga 2. vrsta, tako da uvijek daje dobit u pratećem naporu.
- Ribolov štap: poluga treće vrste, koja vam omogućuje da premjestite kraj ribarskog štapa s plovkom, opterećenjem i kukičanom na velikim amplitudama. Gubitak u isto vrijeme osjećao je na snazi \u200b\u200bkada se pojavi ribar da je teško izvući ribu iz vode, čak i ako njegova masa ne prelazi 0,5 kg.
Čovjek sam sa svojim zglobovima, mišićima, kostima i tetivama svijetli primjer Sustave s mnogo različitih poluga.
Rješenje problema
Stanje ravnotežne poluge razmatramo u članku, koristimo za rješavanje jednostavnog zadatka. Potrebno je izračunati približnu duljinu poluga ramena, čime se napor na kraju, arhimedi mogu podići brod kao Plutarh opisuje.
Da bismo riješili sljedeće pretpostavke, predstavit ćemo sljedeće pretpostavke: u 90 tona će uzeti grčki tril u 90 tona s raseljavanjem i dodjeljujemo da je potpora poluge bila 1 metar iz masovnog centra. Budući da Arhimede, prema legendi, lako može podići brod, pretpostavit ćemo da je za to stavio silu jednaku polovici svoje težine, to jest, oko 400 h (za masu 82 kg). Zatim, primjenjujući stanje poluge, dobivamo:
F1 * l1 \u003d F2 * l2 \u003d\u003e L1 \u003d F2 * l2 / F1 \u003d m * g * l2 / F1 \u003d 90000 * 9.81 * 1/400 ≈ 2.2 km.
Čak i ako povećate prateću silu na težinu sama arhimeda i dovedite potporu na podršku još dvaput, onda je vrijednost duljine ramena oko 500 metara, što je također velika vrijednost. Najvjerojatnije, legenda o Plutarhu je pretjerivanje kako bi pokazala učinkovitost poluge, a Archimeda zapravo nije podigla brod preko vode.
Ljudska snaga je ograničena. Stoga, često primjenjuje uređaje (ili uređaje), omogućujući da na snagu transformira svoju moć, značajno veće. Primjer takvog uređaja je poluga.
Poluga To je čvrsta, sposobna rotirati oko fiksne potpore. Otkaz, ploča i slične stavke mogu se koristiti kao poluga.
Razlikovati dvije vrste poluga. W. poluga 1 Fiksna točka podrške o nalazi se između vrijednosti primijenjenih sila (sl. 47) i ručica drugog Nalazi se jedan od načina od njih (sl. 48). Upotreba poluge omogućuje vam da dobijete pobjedu. Na primjer, radnik koji je prikazan na slici 47, primjenjujući snagu od 400 N, moći će podići teret težine 800 N. Odvajanje 800 N za 400 N, osvojit ćemo dobitke jednake 2.
Da biste izračunali dobitke u snazi \u200b\u200bpoluge, trebali biste znati pravilo otvorenim Archimemerom u III. Stoljeću. PRIJE KRISTA e. Da bismo utvrdili ovo pravilo, učinili smo iskustvo. Mi ćemo ojačati polugu s obje strane osi rotacije, priložit ćemo robu na njega (sl. 49). F1 i F2, djelujući na polugu, bit će jednaka težinama tih dobara. Iz iskustva prikazanog na slici 49, može se vidjeti da ako rame jedne sile (tj. Udaljenost OA) je 2 puta više ramena druge sile (udaljenost ob), tada 2 N duljina može biti balansiranje 2 puta više - 4 N. 
Tako, kako bi se uravnotežila manja sila velike snage, potrebno je da joj rame prelazi rame veće snage. Pobjeda u snazi, dobivenoj polugom, određuje se stavovima potkrovlje stavova, To se sastoji poluga.
Označite ramena sila kroz L1 i L 2 (sl. 50). Tada se pravilo poluge može predstavljati kao sljedeća formula:
Ova formula pokazuje to poluga je u ravnoteži, ako su sile pričvršćene na njega obrnuto proporcionalne ramenima.
Ručica je počela primjenjivati \u200b\u200bljudi u dubokoj antici. Uz to, bilo je moguće podići teške kamene ploče prilikom izgradnje piramide u drevnom Egiptu (sl. 51). Bez poluge bilo bi nemoguće. Uostalom, na primjer, za izgradnju nebeske piramide koja ima visinu od 147 m, korišteno je više od dva milijuna kamenih blokova, od kojih je manji imao masu od 2,5 tona!
Danas se poluge široko koriste kao u proizvodnji (na primjer, podizanje dizalica) iu svakodnevnom životu (škare, štipaljke, ljuske, itd.). 
1. Koja je poluga? 2. Što je pravilo poluge? Tko ga je otvorio? 3. Koja je razlika između poluge prvog roda iz poluge 2ND-a? 4. Dajte primjere uporabe poluga. 5. Razmotrite slike 52, A i 52, b. U tom slučaju je teret za lakše? Zašto?
Eksperimentalni zadatak. Stavite olovku na sredinu linije tako da je linija u ravnoteži. Bez mijenjanja uzajamnog rasporeda linije i olovke, izjednačite dobivenu polugu jedan novčić s jedne strane i hrpa od tri iste kovanice s druge strane. Izmjerite ramena priloženog (iz strane kovanica) sila i provjerite pravilo poluge.
§ 03 - i. Pravilo ravnotežne poluge
Čak i prije naše ere, ljudi se počeli primjenjivati poluge U građevinskom poslovanju. Na primjer, na lik vidite uporabu poluge za podizanje utega prilikom izgradnje piramide u Egiptu.
Poluga Nazovite čvrsto tijelo koje se može okretati oko neke osi. Poluga nije nužno duga i tanki objekt. Na primjer, poluga je svaki kotač, jer se može rotirati oko osi.
Uvodimo dvije definicije. Linija električne energije Nazovimo ravno, prolazeći kroz vektor snage. Ramena Nazovimo najkraću udaljenost od osi poluge do linije akcije, Iz geometrije znate da je najkraća udaljenost od točke do ravnog udaljenosti do okomito na ravnu liniju.
Ilustriramo ove definicije. Na slici s lijeve strane poluga je papučica, Osovina njegove rotacije prolazi kroz točku OKO, Dvije sile su pričvršćene na pedale: F. 1 - sila s kojom noga stavlja pedalu i F. 2 - Snaga elastičnosti proteženog kabela vezanog na papučicu. Visi kroz vektor F. 1 linija sile (prikazana isprekidanom linijom), i izgradnja okomito na njega od t. OKO, dobit ćemo segment OA - ramena snaga f 1
S moći F. 2. Situacija je lakša: linija njegovog djelovanja ne može se provesti, jer je njegov vektor uspješniji. S t. OKO okomito na crtu djelovanja F. 2, dobivamo Izrežite OS - ramena F. 2 .
Uz pomoć poluge, jedva možete uravnotežiti više snage, Razmotrite, na primjer, podizanje kantice iz bunara (vidi sl. U § 5-b). Poluga je Čist vrata. - Prijavite se s zakrivljenom ručkom, Osovina rotacije vrata prolazi kroz dnevnik. Manje sila je moć čovjekove ruke, a više snage je sila s kojom se lanac spušta.
Desno se prikazuje shema vrata. Vidite da je rame veća snaga je rez Ob,i rame manje snage OA., To je jasno OA\u003e ob., Drugim riječima, rame manje snage više ramena, Takva pravilnost vrijedi ne samo za vrata, već i za bilo koju drugu polugu.
Eksperimenti ukazuju na to kada poluga ravnoteže Rame manje snage u toliko vremena ramena je veća, koliko je puta veća velika:
Razmotrite sada drugu raznolikost poluge - blokovi, Oni su pokretni i fiksirani (vidi sl.).
Poluga se naziva krutina, koja se može okretati oko fiksne točke. Fiksna točka se zove točka podrške, Nazivna se udaljenost od točke potpore do linije djelovanja rame ove sile.
Stanje ravnotežne poluge: Poluga je u ravnoteži, ako je sila pričvršćena na polugu F 1.i F 2. Oni nastoje rotirati ga u suprotnim smjerovima, a moduli sila su obrnuto proporcionalni ramenima tih sila: F 1 / F 2 = l2 / l 1Ovo pravilo je instalirano Archim. Po legendu, uzviknuo je: Daj mi točku podrške i podići ću zemlju .
Da se poluga izvodi « zlatno pravilo"Mehanika (Ako možete zanemariti trenje i masovnu polugu).
Primjenjujući neku snagu na dugu polugu, možete podići teret na drugi kraj poluge, čija je težina mnogo viša od ove sile. To znači da koristite polugu, možete dobiti dobitke. Kada koristite polugu, dobici na snazi \u200b\u200bnužno su popraćeni istim gubitkom na putu.
Trenutak moći. Trenutak
Rad modula sile na njezinom ramenu se zove trenutak moći. M \u003d fl. Gdje je m trenutak sile, f je moć, L je rame moći.
Trenutak: Poluga je u ravnoteži, ako zbroj trenutaka sila koji žele rotirati polugu u jednom smjeru jednaka je zbroju trenutaka sila koje traže da ga rotiraju u suprotnom smjeru. Ovo pravilo je pošteno za bilo koji čvrstkoji se može okretati oko priložene osi.
Trenutak sile karakterizira okretni moment. Ova akcija ovisi o snazi \u200b\u200bi njegovom ramenu. Zato, na primjer, žele otvoriti vrata, pokušati primijeniti silu koliko je to moguće od osi rotacije. Uz pomoć male sile, u isto vrijeme stvoriti značajan trenutak, a vrata se otvaraju. Otvorite ga, stavljajući pritisak oko petlje, mnogo je teže. Iz istog razloga, matica je lakše isključiti duži ključ, lakše je okrenuti odvijač s odvijačem s širom ručkom i tako dalje.
Jedinstvo trenutka sile u SI je newton-metar (1 n * m). Ovo je trenutak sile od 1 N, koji ima rame od 1 m.
