Ligevægt i fysik er en tilstand af systemet, hvor det er i relativ hvile i forhold til de omgivende objekter. Statik er studiet af ligevægtsforhold. En af mekanismerne, hvis kendskab til ligevægtsbetingelserne for driften er af fundamental betydning, er løftestangen. Overvej i artiklen, hvilke typer gearing er.
Hvad er det i fysik?
Før vi taler om typer håndtag (i fysik, klasse 7 består dette emne), lad os definere denne enhed. Et håndtag er en simpel mekanisme, der giver dig mulighed for at konvertere kraft til afstand og omvendt. Håndtaget har en simpel enhed, den består af en bjælke (bræt, stang), som har en vis længde og en støtte. Støttens position er ikke fast, så den kan placeres både i midten af bjælken og i dens ende. Vi bemærker med det samme, at støttens position generelt bestemmer typen af håndtag.
Sidstnævnte er blevet brugt af mennesker siden umindelige tider. Så det er kendt, at de i det gamle Mesopotamien eller i Egypten ved hjælp af det rejste vand fra floder eller flyttede store sten underkonstruktion af forskellige konstruktioner. Brugte aktivt håndtaget i det antikke Grækenland. Det eneste skriftlige bevis, der har overlevet for brugen af denne simple mekanisme, er Plutarchs "Parallel Lives", hvor filosoffen giver et eksempel på brugen af systemet af blokke og håndtag af Archimedes.
Begrebet drejningsmoment
Det er muligt at forstå princippet om funktion af forskellige typer håndtag i fysik, hvis du studerer spørgsmålet om ligevægt af den undersøgte mekanisme, som er tæt forbundet med begrebet kraftmoment.
Kraftmomentet er den værdi, der opnås ved at gange kraften med afstanden fra punktet for dens påføring til rotationsaksen. Denne afstand kaldes "kraftens skulder". Lad os betegne F og d - henholdsvis kraften og dens skulder, så får vi:
M=Fd
Kraftmomentet giver mulighed for at rotere rundt om denne akse i hele systemet. Levende eksempler, hvor du kan observere kraftmomentet i aktion, er at skrue en møtrik af med en skruenøgle eller at åbne en dør med et håndtag, der er langt fra dørhængslerne.
Moment er en vektormængde. Ved løsning af problemer skal man ofte tage hensyn til dets tegn. Det skal huskes, at enhver kraft, der får kroppens system til at rotere mod uret, skaber et kraftmoment med tegnet +.
Håndtagsaldo
Figuren ovenfor viser et typisk håndtag, og de kræfter, der virker på det, er markeret. Senere i artiklen vil det blive sagt, at det er -gearing af den første slags. Her betegner bogstaverne F og R henholdsvis en ydre kraft og en vis vægt af lasten. Du kan også se, at støtten er forskudt fra midten, så længderne af armene dF og dR er ikke ens med hinanden.
I statik er det vist, at håndtaget ikke bevæger sig som en hel mekanisme, summen af alle de kræfter, der virker på den, skal være lig nul. Vi har kun noteret to af dem. Faktisk er der også en tredje, som er modsat disse to og lig med deres sum - dette er støttereaktionen.
For at håndtaget ikke skal foretage rotationsbevægelser, er det nødvendigt, at summen af alle kraftmomenter er lig med nul. Skulderen af støttens reaktionskraft er nul, så den skaber ikke et øjeblik. Det er tilbage at nedskrive momenterne for kræfterne F og R:
RdR- FdF=0=>
RdR=FdF
Optaget vægtstangsligevægtstilstand som en formel, også givet:
dR/dF=F/R
Denne lighed betyder, at for at håndtaget ikke skal rotere, skal den ydre kraft være lige så mange gange større (mindre) end vægten af den last, der løftes, hvor mange gange denne krafts arm er mindre (større) end den arm, som vægten virker last på.
Den givne formulering betyder, at hvor mange gange vi vinder på vejen ved hjælp af den undersøgte mekanisme, mister vi det samme beløb i styrke.
Håndtag af den første slags
Det blev vist i forrige afsnit. Her siger vi blot, at for en løftestang af denne type er understøtningen placeret mellem de virkende kræfter F og R. Afhængig af forholdet mellem armenes længder kan en sådan løftestangbruges både til at løfte vægte og til at give kroppen acceleration.
Mekaniske vægte, sakse, en sømtrækker, en katapult er eksempler på håndtag af den første slags.
I tilfælde af en balance har vi to arme af samme længde, så balancen af håndtaget opnås kun, når kræfterne F og R er lig med hinanden. Dette faktum bruges til at veje kroppe med ukendt masse ved at sammenligne det med en referenceværdi.
Saks og en negletrækker er gode eksempler på at få styrke, men tabe undervejs. Alle ved, at jo tættere på saksens akse et ark papir er lagt, jo lettere er det at klippe det. Tværtimod, hvis du forsøger at skære papir med spidserne af saks, så er der stor sandsynlighed for, at de begynder at "tygge" det. Jo længere håndtaget på saksen eller negletrækkeren er, jo lettere er det at udføre den tilsvarende handling.
Med hensyn til katapulten er dette et levende eksempel på at vinde ved hjælp af en løftestang på vejen, og derfor i den acceleration, som dens skulder giver projektilet.
Håndtag af anden slags
I alle håndtag af den anden type er støtten placeret nær en af enderne af bjælken. Dette arrangement fører til tilstedeværelsen af kun en skulder ved håndtaget. I dette tilfælde er vægten af lasten altid placeret mellem støtten og den ydre kraft F. Arrangementet af kræfter i håndtaget af den anden slags fører til det eneste nyttige resultat: styrkeforøgelse.
Eksempler på denne type gearing er trillebøren, som bruges til at bære tunge læs, og nøddeknækkeren. I begge tilfælde har tabet undervejs ikke nogen negativ værdi. Altså i tilfælde af manueltrillebøre, er det kun vigtigt at holde belastningen på vægten, mens den er i bevægelse. I dette tilfælde er den påførte kraft flere gange mindre end vægten af lasten.
Handtag af den tredje slags
Designet af denne type håndtag ligner på mange måder den forrige. Støtten er i dette tilfælde også placeret i en af enderne af bjælken, og håndtaget har en enkelt arm. Placeringen af de virkende kræfter i den er dog helt anderledes end i en løftestang af den anden slags. Påføringspunktet for kraften F er mellem vægten af lasten og støtten.
Skovle, barriere, fiskestang og pincet er slående eksempler på denne form for løftestang. I alle disse tilfælde vinder vi på vejen, men der er et betydeligt styrketab. For at holde en tung byrde med en pincet skal du f.eks. bruge en stor kraft F, så brugen af dette værktøj betyder ikke, at du holder tunge genstande med det.
Afslutningsvis bemærker vi, at alle typer håndtag arbejder efter samme princip. De giver ikke en gevinst i arbejdet med at flytte varer, men giver dig kun mulighed for at omfordele dette arbejde i retning af dets mere bekvemme implementering.
