Equilibrium in fysikk er en tilstand av systemet, der det er i relativ hvile til de omkringliggende objektene. Statikk er studiet av likevektsforhold. En av mekanismene, hvor kunnskap om likevektsforholdene for driften er av grunnleggende betydning, er spaken. Vurder i artikkelen hva slags innflytelse er.
Hva er det i fysikk?
Før vi snakker om spaketypene (i fysikk, klasse 7 består dette emnet), la oss definere denne enheten. En spak er en enkel mekanisme som lar deg konvertere kraft til avstand og omvendt. Spaken har en enkel enhet, den består av en bjelke (brett, stang), som har en viss lengde, og en støtte. Posisjonen til støtten er ikke fast, så den kan plasseres både i midten av bjelken og i enden. Vi legger merke til med en gang at posisjonen til støtten generelt avgjør spaktypen.
Sistnevnte har mennesker brukt i uminnelige tider. Så det er kjent at i det gamle Mesopotamia eller i Egypt, ved hjelp av det, løftet de vann fra elver eller flyttet store steiner underkonstruksjon av ulike strukturer. Brukte aktivt spaken i antikkens Hellas. Det eneste skriftlige beviset som har overlevd for bruken av denne enkle mekanismen er Plutarchs "Parallel Lives", hvor filosofen gir et eksempel på bruken av systemet med blokker og spaker av Arkimedes.
Konseptet med dreiemoment
Det er mulig å forstå prinsippet for drift av ulike typer spaker i fysikk hvis du studerer spørsmålet om likevekt for mekanismen under vurdering, som er nært knyttet til konseptet kraftmoment.
Kraftmomentet er verdien som oppnås ved å multiplisere kraften med avstanden fra påføringspunktet til rotasjonsaksen. Denne avstanden kalles "kraftens skulder". La oss betegne F og d - kraften og dens skulder, henholdsvis, så får vi:
M=Fd
Kraftmomentet gir muligheten til å rotere rundt denne aksen i hele systemet. Levende eksempler der du kan observere kraftøyeblikket i aksjon, er å skru av en mutter med en skiftenøkkel eller å åpne en dør med et håndtak som er langt fra dørhengslene.
Moment er en vektormengde. Når man løser problemer, må man ofte ta hensyn til dens tegn. Det bør huskes at enhver kraft som får kroppssystemet til å rotere mot klokken skaper et kraftmoment med tegnet +.
Spaksaldo
Figuren over viser en typisk spak og kreftene som virker på den er markert. Senere i artikkelen vil det bli sagt at det er -innflytelse av den første typen. Her betegner bokstavene F og R henholdsvis en ytre kraft og en viss vekt av lasten. Du kan også se at støtten er forskjøvet fra midten, så lengdene på armene dF og dR er ikke lik hverandre.
I statikk er det vist at spaken ikke beveger seg som en hel mekanisme, summen av alle kreftene som virker på den må være lik null. Vi har kun notert to av dem. Faktisk er det også en tredje, som er motsatt av disse to og lik summen deres - dette er støttereaksjonen.
For at spaken ikke skal foreta rotasjonsbevegelser, er det nødvendig at summen av alle kraftmomenter er lik null. Skulderen til reaksjonskraften til støtten er null, så den skaper ikke et øyeblikk. Det gjenstår å skrive ned momentene til kreftene F og R:
RdR- FdF=0=>
RdR=FdF
Registrert spaklikevektstilstand som en formel, også gitt:
dR/dF=F/R
Denne likheten betyr at for at spaken ikke skal rotere, må den ytre kraften være like mange ganger større (mindre) enn vekten av lasten som løftes, hvor mange ganger armen til denne kraften er mindre (større) enn armen som vekten virker last på.
Den gitte ordlyden betyr at hvor mange ganger vi vinner på veien ved hjelp av mekanismen under vurdering, taper vi like mye i styrke.
Spak av den første typen
Det ble vist i forrige avsnitt. Her sier vi bare at for en spak av denne typen er støtten plassert mellom virkekreftene F og R. Avhengig av forholdet mellom lengdene på armene kan en slik spakbrukes både til å løfte vekter og for å gi kroppen akselerasjon.
Mekaniske vekter, sakser, en spikertrekker, en katapult er eksempler på spaker av den første typen.
Ved balanse har vi to armer av samme lengde, så balansen til spaken oppnås kun når kreftene F og R er like med hverandre. Dette faktum brukes til å veie kropper med ukjent masse ved å sammenligne det med en referanseverdi.
Saks og en spikertrekker er gode eksempler på å få styrke, men tape underveis. Alle vet at jo nærmere saksens akse et papirark legges, jo lettere er det å klippe det. Tvert imot, hvis du prøver å kutte papir med saksspissene, er det stor sannsynlighet for at de begynner å "tygge" det. Jo lengre håndtaket på saksen eller spikertrekkeren er, desto lettere er det å utføre den tilsvarende operasjonen.
Når det gjelder katapulten, er dette et levende eksempel på å vinne ved hjelp av en spak på veien, og derfor i akselerasjonen som skulderen gir prosjektilet.
Spak av den andre typen
I alle spaker av den andre typen er støtten plassert nær en av endene av bjelken. Dette arrangementet fører til tilstedeværelsen av bare en skulder ved spaken. I dette tilfellet er vekten av lasten alltid plassert mellom støtten og den ytre kraften F. Anordningen av krefter i spaken av den andre typen fører til det eneste nyttige resultatet: styrkeøkning.
Eksempler på denne typen innflytelse er trillebåren, som brukes til å bære tung last, og nøtteknekkeren. I begge tilfeller har ikke tapet underveis noen negativ verdi. Så, i tilfelle av manuelltrillebårer, er det kun viktig å holde belastningen på vekt mens den er i bevegelse. I dette tilfellet er den påførte kraften flere ganger mindre enn vekten av lasten.
Spak av det tredje slaget
Utformingen av denne spaken er på mange måter lik den forrige. Støtten i dette tilfellet er også plassert i en av endene av bjelken, og spaken har en enkelt arm. Plasseringen av virkekreftene i den er imidlertid helt annerledes enn i en spak av den andre typen. Påføringspunktet for kraften F er mellom vekten av lasten og støtten.
Spade, barriere, fiskestang og pinsett er slående eksempler på denne typen innflytelse. I alle disse tilfellene vinner vi på veien, men det er et betydelig tap i styrke. For å holde en tung last med pinsett, må du for eksempel bruke en stor kraft F, så bruk av dette verktøyet betyr ikke at du holder tunge gjenstander med det.
Avslutningsvis gjør vi oppmerksom på at alle typer spaker fungerer etter samme prinsipp. De gir ingen gevinst i arbeidet med å flytte varer, men lar deg bare omfordele dette arbeidet i retning av mer praktisk implementering.
