Menneskeheden har længe brugt simple maskiner og mekanismer til at gøre fysisk arbejde lettere og enklere. En af disse mekanismer er håndtaget. Hvad er en løftestang i fysik, hvilken formel beskriver dens balance, og hvilke typer håndtag er - alle disse spørgsmål afsløres i artiklen.
Koncept
En løftestang i fysik er en mekanisme, der består af en bjælke eller et bræt og en støtte. Støtten deler generelt bjælken i to ulige dele, som kaldes løftearme. Sidstnævnte kan udføre en rotationsbevægelse omkring omdrejningspunktet.
Der er en simpel mekanisme, er håndtaget designet til at udføre fysisk arbejde med gevinst enten i kraft eller under transport. De påførte kræfter virker på håndtagets arme under betjeningen. En af dem er modstandskraften. Det skabes af vægten af den byrde, der skal flyttes (løftes). Den anden kraft er en ekstern kraft, som i de fleste tilfælde påføres vægtstangsarmen ved hjælp af menneskehænder.
Billedet ovenfor viser et typisk håndtag medto skuldre. Senere i artiklen vil det blive forklaret, hvorfor det refererer til gearing af den anden slags.
Vastreglen ser sådan ud:
ForceForce arm=LoadLoad arm
Kraftmoment
Lad os tage en afvigelse fra temaet for håndtaget i fysik og overveje en vigtig fysisk størrelse for at forstå dens funktion. Det handler om kraftens øjeblik. Det er produktet af kraften og længden af armen af dens anvendelse, som er matematisk skrevet som følger:
M=Fd
Det er vigtigt ikke at forveksle, kraftarmen d og håndtagets arm, generelt er disse forskellige begreber.
Kraftmomentet viser sidstnævntes evne til at lave en tur i systemet. Så mange mennesker ved, at det er meget nemmere at åbne døren ved håndtaget end at skubbe den tæt på hængslerne, eller det er lettere at skrue møtrikken på bolten af med en lang skruenøgle end med en kort.
Kraftmoment er en vektor. For at forstå betjeningen af en simpel løftestangsmekanisme i fysik er det nok at vide, at øjeblikket betragtes som positivt, hvis kraften har en tendens til at dreje vægtstangsarmen mod uret. Hvis den har en tendens til at dreje i retningen med uret, skal øjeblikket tages med et minustegn.
Håndtagsbalance i fysik
For at gøre det lettere at forstå, under hvilke forhold håndtaget vil være i balance, skal du overveje følgende figur.
To kræfter er vist her: en belastning R og en ekstern kraft F påført for at overvinde dennebelastninger. Disse styrkers våben er lig med henholdsvis dR og dF. Faktisk er der en anden kraft - støttens reaktion, som virker lodret opad i kontaktpunktet mellem bjælken og håndtagets støtte. Da skulderen af denne kraft er lig med nul, vil den ikke blive overvejet yderligere ved bestemmelse af ligevægtstilstanden.
Ifølge statik er rotation af systemet umulig, hvis summen af momenterne af eksterne kræfter er lig med nul. Lad os skrive summen af disse øjeblikke under hensyntagen til deres tegn:
RdR- FdF=0.
Den skrevne lighed afspejler den tilstrækkelige ligevægtstilstand for håndtaget. Hvis ikke to kræfter virker på håndtaget, men flere, så vil denne tilstand stadig forblive. Kun i stedet for summen af to kræftmomenter, vil det være nødvendigt at finde summen af alle momenterne af de virkende kræfter og ligne dem til nul.
Sejren er stærk og på vej
Udtrykket for momenterne af vægtstangskræfter i fysik, som blev skrevet i det foregående afsnit, vil blive omskrevet i følgende form:
RdR=FdF
Fra ovenstående formel følger:
dR / dF=F/R.
Denne lighed siger, at for at opretholde balancen er det nødvendigt, at kraften F er lige så mange gange større end vægten af lasten R, hvor mange gange dens arm dF mindre end armen d R. Da den større arm, der er i gang med at flytte håndtaget, kører en længere vej end den mindre arm, får vi mulighed for at udføre det samme arbejde ved hjælp af håndtaget på to måder:
- anvend mere kraft F og bevæg skulderen tilkort afstand;
- anvend en lille kraft F og bevæg skulderen en lang afstand.
I det første tilfælde taler man om en gevinst på vej i processen med at flytte lasten R, i det andet tilfælde opnår man en gevinst i styrke, da F < R.
Hvor bruges gearing, og hvad er de?
Afhængig af påføringspunktet for vægtstangskræfter i fysik og af støttens position, kan den enkleste mekanisme være af tre typer:
- Dette er et to-arms håndtag, hvor støttepositionen er ligeligt fjernet fra begge ender af bjælken. Afhængig af forholdet mellem armenes længder giver denne type håndtag dig mulighed for at vinde både på måden og i styrke. Eksempler på dets brug omfatter vægte, tænger, sakse, en negletrækker, en babygynge.
- Håndtaget af den anden slags er enarmet, det vil sige, at støtten er placeret nær en af dens ender. I dette tilfælde påføres den ydre kraft til den anden ende af bjælken, og belastningskraften virker mellem støtten og den ydre kraft, hvilket giver dig mulighed for at vinde i netop denne kraft. En trillebør eller en nøddeknækker er gode eksempler på denne form for løftestang.
- Den tredje type mekanisme er repræsenteret ved eksempler såsom en fiskestang eller en pincet. Dette håndtag er også enkeltarmet, men den ydre påførte kraft er allerede tættere på støtten end påføringspunktet for belastningen. Dette design af en simpel mekanisme giver dig mulighed for at vinde på vejen, men tabe i styrke. Derfor er det svært at holde en lille fisk på vægten for enden af en fiskestang eller en tung genstand med en pincet.
For at gentage, en håndtag i fysik tillader kungør det bekvemt at udføre dette eller hint arbejde med at flytte varer, men tillader dig ikke at vinde i dette arbejde.
