Nuo neatmenamų laikų, žmonijos naudoja skirtingi mechanizmai.kurie yra skirti sušvelninti fizinį darbą. Vienas iš jų yra svirtis. Tai, ką jis atstovauja, kokia yra jo naudojimo idėja, taip pat sverto pusiausvyros būklė, šis straipsnis skirtas apsvarstyti visus šiuos klausimus.
Kada žmonija taiko svirties principą?
Sunku atsakyti į šį klausimą, nes paprasti mechanizmai jau buvo žinomi senovės egiptiečiai ir mezopotamijos gyventojams per tris tūkstančius metų iki mūsų eros.
Vienas iš tokių mechanizmų yra vadinamasis svirties kranas. Jis atstovavo ilgai polių, kuris buvo įsikūręs ant paramos. Pastarasis buvo arčiau vieno polių galo. Iki galo, kuris buvo toliau nuo paramos taško, susietas laivas, kita vertus, pavyzdžiui, akmenį. Sistema buvo sureguliuota taip, kad laivas pripildytų pusę lėmė horizontalią polių padėtį.
Svirties kranas tarnavo pakelti vandenį iš šulinio, upės ar kito gilinimo iki lygio, kur buvo asmuo. Mažos jėgos taikymas laive, žmogus sumažino jį į vandens šaltinį, laivas buvo užpildytas skysčiu, o tada kartu su nedidelėmis pastangomis į kitą polių galą su atsvaru gali būti pakeltas.
Archimedijos ir laivo legenda
Senovės graikų filosofas yra žinomas visiems iš Sirakūzų miesto, Archimedas, kuris savo raštuose ne tik apibūdino paprastų mechanizmų veikimo principą (svirtį, pasvirusi plokštę), bet taip pat vadovavo atitinkamoms matematinėms formulėms. Iki šiol ji išlieka žinoma frazė:
Duok man paramos tašką, ir aš pakeičiau šį pasaulį!
Kaip žinote, niekas nepateikė tokios paramos, o žemė išliko savo vietoje. Tačiau tai tikrai galėjo judėti į archimedes, todėl tai yra laivas. Vienas iš plutarch legendų (darbas "lygiagrečiai gyvenimas") sako: Archimedes laiške savo draugui, karalius Gierone Sirakūzai, sakė, kad jis gali vien tik judėti daug svorio tam tikromis sąlygomis. Gieronas nustebino tokiu filosofo pareiškimu ir paprašė jo parodyti, apie ką kalbėjo. Archimedai sutiko. Vieną dieną "Gieron Laivas", įsikūrusi doke, buvo pakrautas žmonių ir pripildytas vandens statinėmis. Filosofas, esantis tam tikru atstumu nuo laivo, galėjo jį pakelti ant vandens, traukdami lyną, šiek tiek pastangų.
Sudėtinės svirties dalys
Nepaisant to, kad kalbame apie gana paprastą mechanizmą, jis vis dar turi tam tikrą įrenginį. Fiziškai susideda iš dviejų pagrindinių dalių: polių ar sijos ir paramos. Apsvarstant užduotis, Sest yra laikoma objektu, kurį sudaro du (arba vienas) petys. Pečių yra stulpelio dalis, kuri yra palyginti su parama viena vertus. Pečių ilgis žaidžiamas atsižvelgiant į nagrinėjamo mechanizmo darbo principą.
Kai jie mano, kad darbo svirtis yra dar du papildomi elementai: pridedama jėga ir prieštaravimo jėga. Pirmasis siekia perkelti objektą, kuris sukuria kovos poveikį.
Svirties pusiausvyros būklė fizikoje
Susipažinęs su šio mechanizmo prietaisu, mes suteikiame matematinę formulę, kurioje galima pasakyti, kuris iš svirties rankos ir kokia kryptimi judės arba, priešingai, visas prietaisas bus poilsiui. Formulė turi formą:
jei F1 ir F2 yra veiksmų ir opozicijos jėgos, atitinkamai L1 ir L2 - pečių, kuriems taikomos šios jėgos, ilgis.
Ši išraiška leidžia ištirti pusiausvyros svirties sąlygas, turinčias sukimosi ašį. Taigi, jei L1 peties yra didesnis nei L2, tada balansavimo jėgai F2 reikės mažesnės vertės F1. Priešingai, jei L2\u003e L1, tada neutralizuoti jėgą F2 Būtina taikyti didelį F1. Šios išvados gali būti gautos, jei perrašote aukščiau nurodytą išraišką šioje formoje:
Kaip galima pamatyti, dalyvaujant formuojant pajėgų pusiausvyros procesą yra atvirkštinės priklausomybės nuo svirties ilgio.
Kokie yra laimėjimai ir prarasti naudojant svirtį?
Iš pirmiau minėtų formulių yra svarbi išvada: su ilgu pečių ir mažų pastangų, galite perkelti objektus su didžiule masė. Tai tiesa, ir daugelis žmonių gali manyti, kad svirties naudojimas lemia darbą darbe. Bet tai nėra. Darbas yra energijos vertė, kuri negali būti sukurta iš nieko.
Analizuojame paprastos svirties, turinčio du melas L1 ir L2, darbą. Tarkime, esant peties L2, svoris P (F2 \u003d P) yra dedamas. Kitos peties pabaigoje žmogus daro jėgą F1 ir pakelia šią apkrovą į aukštį. Dabar apskaičiuojame kiekvienos jėgos darbą ir prilyginame gautus rezultatus. Mes gauname:
Forma, veikianti palei vertikalią ilgio trajektoriją h, savo ruožtu F1 taip pat veikė palei vertikalią, bet jau buvo taikoma kitam petį, kurio galas perkeltas į nežinomą x vertę. Norėdami rasti, būtina pakeisti ryšio formulę tarp jėgų ir svirties pečių. Išreikšti x, mes turime:
x \u003d F2 * H / F1 \u003d L1 * H / L2.
Ši lygybė rodo, jei L1\u003e L2, tada F2\u003e F1 ir X\u003e H, tai yra, taikant nedidelę jėgą, galite pakelti krovinį su daugybe svorio, tačiau ji turės perkelti atitinkamą svirtį (L1) ) iki ilgesnio atstumo. Priešingai, jei L1
Taigi svirtis nesuteikia naudos darbe, jis leidžia tik perskirstyti jį arba naudai mažesnę pridėtinę jėgą arba naudai didesniam objekto judėjimo amplitudė. Bendras filosofinis principas veikia pagal fizikos temą: kiekvienas laimėjimas kompensuoja kai kuriuos nuostolius.
Svirčių tipai
Priklausomai nuo jėgos taikymo ir paramos pozicijos, išskiriami šie šio mechanizmo tipai:
- Pirmasis: Paramos taškas yra tarp dviejų jėgų F1 ir F2, todėl peties ilgis priklausys nuo to, kokia svirtis suteikia laimėjimui. Pavyzdys yra įprastos žirklės.
- Antroji. Čia, jėga, pagal kurią darbas atliekamas yra tarp paramos ir lydimųjų pastangų. Šis dizainas reiškia, kad jis visada suteiks laimėjimą ir praradimą keliu ir greičiu. Jo pavyzdys yra sodo automobilis.
- Trečioji rūšis. Paskutinė galimybė, kuri lieka įgyvendinama šiame paprastame dizaine, yra papildomų pastangų tarp paramos ir kovos jėgos pozicija. Šiuo atveju jis pasirodo laimėjimus kelyje, bet prarasti jėgą. Pavyzdys yra pincetas.
Jėgos sąvoka
Atsižvelgiant į bet kokias mechanikos problemas, įskaitant ašies ar sukimosi taško sąvokas, atliekamas naudojant taisyklės taisyklę. Kadangi svirties palaikymas taip pat yra ašis (taškas), aplink kurią sistema yra pasukta, tada jėgos momentas taip pat naudojamas įvertinti pusiausvyros šio mechanizmo. Pagal tai yra fizikos dydis, lygus peties darbui aktyvioji galia, t.y:
Atsižvelgiant į šią apibrėžtį, svirties pusiausvyros būklė gali būti perrašyta tokia forma:
M1 \u003d m2, kur M1 \u003d L1 * F1 ir M2 \u003d L2 * F2.
Momit M turi priklausomybę, tai reiškia, kad bendras svarstomo sistemos jėgos momentas gali būti gaunamas įprastu visų MI momentų, veikiančių ant jo. Tačiau reikėtų atsižvelgti į ženklą (jėga, kuri sukelia sistemos sukimąsi, sukuria teigiamą momentą + m ir atvirkščiai). Atsižvelgiant į tai, kas išdėstyta pirmiau, pusiausvyros svirties akimirkų taisyklė atrodys taip:
Svirtis praranda pusiausvyrą, kai M1 ≠ M2.
Kur yra svirties principas?
Aukščiau, kai kurie naudojant šį paprastą ir žinomą mechanizmą nuo seniausių laikų pavyzdžiai jau buvo parodyta. Čia tik išvardykite keletą papildomų pavyzdžių:
- Replės: svirtis 1 genties, kuris leidžia jums sukurti didžiules pastangas dėl mažo ilgio pečių L2, kur įrankių dantys yra.
- Dangių ir butelių dangčių atidarymas: tai yra antrosios rūšies svirtis, todėl visada suteikia papildomų pastangų pelną.
- Žvejybos strypai: 3-osios rūšies svirtis, leidžianti perkelti žvejybos strypo galą su plūdu, apkrova ir nėrimo dideliais amplitudais. Nuostoliai tuo pačiu metu jaučiamas, kai žvejas pasirodo, kad yra sunku ištraukti žuvį iš vandens, net jei jo masė neviršija 0,5 kg.
Pats žmogus su savo sąnariais, raumenimis, kaulais ir sausgysliais yra Šviesus pavyzdys Sistemos su daugybe skirtingų svertų.
Problemos sprendimas
Straipsnyje nagrinėjamos pusiausvyros svirties sąlyga naudojame paprastą užduotį išspręsti. Būtina apskaičiuoti apytikslę svirties peties ilgį, pastangų iki galo, kurios archimedai gali pakelti laivą kaip plutarch aprašo.
Siekiant išspręsti šias prielaidas, pristatysime šias prielaidas: mes imsimės graikų trilaidos 90 tonų su poslinkiu ir priskirsime, kad svirties palaikymas buvo 1 metras nuo masinio centro. Nuo archimedų, pagal legendą, galėtų lengvai pakelti laivą, mes manome, kad tai jis įdėti jėgą, lygią pusę savo svorio, tai yra apie 400 h (Mass 82 kg). Tada, taikant svirties būklę, mes gauname:
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.
Net jei padidinate lydinčią jėgą į pačią archimedų svorį ir atneškite paramą dar du kartus, tada peties ilgio vertė yra apie 500 metrų, o tai taip pat yra didelė vertė. Labiausiai tikėtina, kad plutarch legenda yra perdėta įrodyti svirties efektyvumą, o archimeda faktiškai nepadarė laivo ant vandens.
Žmogaus galia yra ribota. Todėl dažnai taikoma įrenginiams (arba įtaisams), leidžiančiais paversti savo galią į galiojančią, žymiai didesnę. Tokio įrenginio pavyzdys yra svirtis.
Svirtis Tai kieta, galintis sukti aplink fiksuotą paramą. Laužas, lenta ir panašūs daiktai gali būti naudojami kaip svirtis.
Atskirti dviejų tipų svirtys. W. svirtis 1 Fiksuotas paramos taškas O yra tarp taikomųjų pajėgų verčių (47 pav.) Ir 2-oji svirtis Jis yra vienas iš jų (48 pav.). Naudojant svirtį leidžia jums laimėti. Pavyzdžiui, 47 paveiksle pavaizduotas darbuotojas, taikant 400 N stiprumą, galės pakelti krovinius, sveriančius 800 N. 800 N atskiri nuo 400 N, mes laimėsime laimėjimus, lygius 2.
Norėdami apskaičiuoti sverto stiprumo laimėjimus, turėtumėte žinoti III amžiaus Archimemerio archimero atidarymą. Bc. e. Nustatyti šią taisyklę, mes padarėme patirties. Mes sustiprinsime abiejų sukimosi ašies pusių svirtį, pridėsime prekes su juo (49 pav.). F1 ir F 2, veikiantys ant svirties, bus lygi šių prekių svoriams. Nuo 49 paveiksle parodyta patirties matyti, kad jei vienos jėgos petys (ty OA atstumas) yra 2 kartus didesnė už kitų jėgos pečius (atstumas OB), tada 2 N ilgis gali būti balansuojami 2 kartus daugiau - 4 N. 
Taigi, siekiant subalansuoti mažesnę didelės galios jėgą, būtina, kad jos petys viršytų didesnio stiprumo peties. Laimėjusi jėga, gauta pagal svirtį, priklauso nuo palėpės požiūrio požiūrio. Tai yra taisyklių svirtis.
Žymi jėgų pečius per L1 ir L 2 (50 pav.). Tada svirties taisyklė gali būti pateikta kaip ši formulė:
Ši formulė rodo, kad svirtis yra pusiausvyros, jei prie jos pritvirtintos jėgos yra atvirkščiai proporcingos jų pečiams.
Svirtį pradėjo naudoti žmonės giliai senovėje. Su juo buvo galima pakelti sunkias akmens plokštes, kai statant piramidę senovės Egipte (51 pav.). Be svirties, tai būtų neįmanoma. Galų gale, pavyzdžiui, dėl dangaus piramidės, turinčio 147 m aukščio, buvo naudojami daugiau nei du milijonai akmens blokų, kurių mažesnė turėjo 2,5 tonų masę!
Šiandien svertai yra plačiai naudojami kaip gamybai (pvz., kėlimo kranai. \\ T) ir kasdieniame gyvenime (žirklės, skalės, svarstyklės ir kt.). 
1. Kas yra svirtis? 2. Kas yra sverto taisyklė? Kas jį atidarė? 3. Koks skirtumas tarp pirmojo genties sverto iš antrosios rūšies sverto? 4. Pateikite stebėjimo naudojimo pavyzdžius. 5. Apsvarstykite 52, A ir 52, b paveikslus. Kokiu atveju yra lengviau vežti krovinį? Kodėl?
Eksperimentinė užduotis. Įdėkite pieštuką į linijos vidurį, kad linija būtų pusiausvyra. Nekeičiant abipusio linijos ir pieštuko išdėstymo, išlyginkite gautą svirtį vienoje monetoje vienoje pusėje ir kitoje pusėje yra trijų tų pačių monetų kamino. Išmatuokite prijungto (iš monetos pusės) pečių ir patikrinkite svirties taisyklę.
§ 03 ir. Pusiausvyros taisyklė
Net prieš mūsų erą žmonės pradėjo taikyti svirtys Statybos versle. Pavyzdžiui, paveiksle matote svirties naudojimą kėlimo svoriams, kuriant piramidę Egipte.
Svirtis Skambinkite tvirtu kūnu, kuris gali pasukti aplink kai kurias ašį. Svirtis nebūtinai yra ilgas ir plonas objektas. Pavyzdžiui, svirtis yra bet koks ratas, nes jis gali pasukti aplink ašį.
Pristatome du apibrėžimus. Maitinimo linijos linija Skambinkime tiesiai, einantį per stiprumo vektorių. Pečių galia Skambinkime trumpiausiu atstumu nuo svirties ašies iki veiksmų linijos. Nuo geometrijos žinote, kad trumpiausias atstumas nuo taško iki tiesios yra atstumas iki statmenos tiesios linijos.
Mes iliustruojame šiuos apibrėžimus. Paveikslėlyje iš kairės svirtis yra pedalas. Jo sukimosi ašis eina per tašką Apie tai. Prie pedalų pridedamos dvi jėgos: F. 1 - jėga, su kuria kojos išleidžiama ant pedalo, ir F. 2 - ištempto kabelio elastingumo stiprumas, pritvirtintas prie pedalo. Kabo per vektorių F. 1 jėgos linija (vaizduojama pagal punktyrinę liniją) ir statmenai jai pastatyti iš t. Apie tai, mes gausime segmentas OA - pečių galia f 1
Su galia F. 2 Situacija yra lengviau: jos veiksmų linija negali būti vykdoma, nes jo vektorius yra sėkmingesnis. BUING iš t. Apie tai statmena veiksmų eilutei F. 2, mes gauname Iškirpkite OS - pečių galia F. 2 .
Su svirtimi galite vos subalansuoti daugiau galios. Apsvarstykite, pavyzdžiui, didinant kibirą nuo šulinio (žr. 5-b punktą). Svirtis yra Švarus vartai. - Prisijungti su išlenkta rankena, pritvirtinta prie jo. Vartų sukimosi ašis eina per žurnalą. Mažiau jėga yra žmogaus rankos galia, o daugiau galios yra jėga, su kuria grandinė traukia žemyn.
Teisė parodyta vartų schema. Matote, kad petys yra didesnė galia yra supjaustyti Ob.ir mažiau galios Oa.. Tai aišku OA\u003e OB.. Kitaip tariant, pečių mažiau stiprumo daugiau pečių. Toks reguliarumas galioja ne tik vartai, bet ir kitiems svirtimi.
Eksperimentai rodo kai pusiausvyros svirtis Mažiau stiprumo petys tiek daug kartų petys yra didesnis, kiek kartų galia yra didesnė:
Apsvarstykite dabar antrąjį svirtį - blokai. Jie yra kilnojami ir fiksuoti (žr. Pav.).
Svirtis yra vadinama kieta, kuri gali pasukti aplink fiksuotą tašką. Fiksuotas taškas vadinamas palaikymo vieta. \\ T. Skambinama atstumas nuo paramos iki veiksmų linijos pečių šios jėgos.
Pusiausvyros svirties būklė: Svirtis yra pusiausvyros, jei jėga pritvirtinta prie svirties F 1.ir. \\ T F 2. Jie stengiasi pasukti jį priešinga kryptimis, o jėgų moduliai yra atvirkščiai proporcingi šių pajėgų pečiams: F 1 / f 2 = l 2 / L 1Ši taisyklė buvo įdiegta Archim. Iki legendos jis sušuko: Duok man paramos tašką ir aš pakelsiu žemę .
Už svirtį atliekama « auksinė taisyklė"Mechanika (Jei galite nepaisyti trinties ir masės svirties).
Taikant tam tikrą galią į ilgą svirtį, galite pakelti krovinį kitais svirtimi, kurių svoris yra daug didesnis už šią jėgą. Tai reiškia, kad naudojant svirtį, galite gauti laimėjimus. Naudojant svirtį, galiojantys laimėtojai nebūtinai lydi tokį patį nuostolį kelyje.
Galios momentas. Momento taisyklė
Priekinės jėgos modulio darbas ant peties yra vadinamas galios momentas. M \u003d fl. kur m yra jėgos momentas, F yra galia, l yra galios petys.
Momento taisyklė: Svirtis yra pusiausvyros, jei pajėgų momentų suma, kuria siekiama pasukti svirtį vienoje pusėje, yra lygi jėgų momentų sumai, kuria siekiama pasukti jį priešinga kryptimi. Ši taisyklė yra teisinga solid.kuri gali pasukti aplink pridedamą ašį.
Jėgos momentas apibūdina sukimo momentą. Šis veiksmas priklauso nuo stiprumo ir peties. Štai kodėl, pavyzdžiui, norintys atidaryti duris, pabandykite kuo labiau taikyti jėgas nuo sukimosi ašies. Su maža jėga pagalba tuo pačiu metu sukurti reikšmingą momentą, o durys atsidaro. Atidarykite jį, slėgio aplink kilpą, yra daug sunkiau. Dėl tos pačios priežasties, veržlė yra lengviau išjungti ilgesnį veržliaraktį, lengviau pasukite atsuktuvą su atsuktuvu su platesne rankena ir pan.
SI jėgos momento vienybė yra niutono metras (1 n * m). Tai yra 1 N jėgos momentas, turintis 1 m peties.
