Menneskeheten har lenge brukt enkle maskiner og mekanismer for å gjøre fysisk arbeid enklere og enklere. En av disse mekanismene er spaken. Hva er en spak i fysikk, hvilken formel beskriver balansen, og hvilke typer spaker er - alle disse spørsmålene avsløres i artikkelen.
konsept
En spak i fysikk er en mekanisme som består av en bjelke eller bord og en støtte. Støtten deler generelt bjelken i to ulike deler, som kalles spakarmer. Sistnevnte kan utføre en rotasjonsbevegelse rundt støttepunktet.
Spaken er en enkel mekanisme og er designet for å utføre fysisk arbeid med gevinst enten i kraft eller under transport. De påførte kreftene virker på armene til spaken under dens drift. En av dem er motstandens kraft. Den skapes av vekten av lasten som skal flyttes (løftes). Den andre kraften er en ekstern kraft, som i de fleste tilfeller påføres spakarmen ved hjelp av menneskehender.
Bildet over viser en typisk spak medto skuldre. Senere i artikkelen vil det bli forklart hvorfor det refererer til innflytelse av den andre typen.
Spakregelen ser slik ut:
ForceForce arm=LastLast arm
styrkeøyeblikk
La oss ta en digresjon fra temaet for spaken i fysikk og vurdere en viktig fysisk størrelse for å forstå funksjonen. Det handler om maktens øyeblikk. Det er produktet av kraften og lengden på armen av dens påføring, som er matematisk skrevet som følger:
M=Fd
Det er viktig å ikke forveksle, armen til kraften d og armen til spaken, generelt sett er dette forskjellige konsepter.
Kraftmomentet viser sistnevntes evne til å gjøre en sving i systemet. Så mange vet at det er mye lettere å åpne døren ved håndtaket enn å skyve den inntil hengslene, eller det er lettere å skru ut mutteren på bolten med en lang skiftenøkkel enn med en kort.
Kraftmoment er en vektor. For å forstå funksjonen til en enkel spakmekanisme i fysikk, er det nok å vite at øyeblikket anses som positivt hvis kraften har en tendens til å dreie spakarmen mot klokken. Hvis den har en tendens til å svinge i retning med klokken, bør øyeblikket tas med et minustegn.
Spakbalanse i fysikk
For å gjøre det lettere å forstå under hvilke forhold spaken vil være i balanse, vurder følgende figur.
To krefter er vist her: en last R og en ekstern kraft F påført for å overvinne dettelaster. Armene til disse styrkene er lik henholdsvis dR og dF. Faktisk er det en annen kraft - reaksjonen til støtten, som virker vertik alt oppover i kontaktpunktet mellom bjelken og støtten til spaken. Siden skulderen til denne kraften er lik null, vil den ikke bli vurdert videre når likevektstilstanden skal bestemmes.
I følge statikk er rotasjonen av systemet umulig hvis summen av momentene til ytre krefter er lik null. La oss skrive summen av disse øyeblikkene, og ta i betraktning deres tegn:
RdR- FdF=0.
Den skriftlige likheten gjenspeiler den tilstrekkelige likevektstilstanden for spaken. Hvis ikke to krefter virker på spaken, men flere, vil denne tilstanden fortsatt forbli. Bare i stedet for summen av to kreftmomenter, vil det være nødvendig å finne summen av alle momentene til de virkende kreftene og likestille dem til null.
Seieren er sterk og på vei
Uttrykket for momentene av spakkrefter i fysikk, som ble skrevet i forrige avsnitt, vil bli omskrevet i følgende form:
RdR=FdF
Fra formelen ovenfor følger:
dR / dF=F / R.
Denne likheten sier at for å opprettholde balanse, er det nødvendig at kraften F er like mange ganger større enn vekten av lasten R, hvor mange ganger dens arm dF mindre enn armen d R. Siden den større armen i ferd med å flytte spaken går en lengre vei enn den mindre armen, får vi muligheten til å utføre det samme arbeidet med spaken på to måter:
- bruk mer kraft F og flytt skulderen tilkort avstand;
- bruk en liten kraft F og beveg skulderen et langt stykke.
I det første tilfellet snakker man om en gevinst på vei i prosessen med å flytte lasten R, i det andre tilfellet oppnår man en styrkegevinst, siden F < R.
Hvor brukes gearing og hva er de?
Avhengig av brukspunktet for spakkrefter i fysikk og posisjonen til støtten, kan den enkleste mekanismen være av tre typer:
- Dette er en to-arms spak, der støtteposisjonen er likt fjernet fra begge ender av bjelken. Avhengig av forholdet mellom lengdene på armene, lar denne typen spak deg vinne både i måten og i styrke. Eksempler på bruken inkluderer vekter, tang, saks, en spikertrekker, en babyhuske.
- Spaken til den andre typen er enarm, det vil si at støtten er plassert nær en av endene. I dette tilfellet påføres den ytre kraften til den andre enden av bjelken, og lastkraften virker mellom støtten og den ytre kraften, som lar deg vinne i nettopp denne kraften. En trillebår eller en nøtteknekker er gode eksempler på denne typen innflytelse.
- Den tredje typen mekanisme er representert med eksempler som en fiskestang eller pinsett. Denne spaken er også enarmet, men den ytre påførte kraften er allerede nærmere støtten enn påføringspunktet for lasten. Denne utformingen av en enkel mekanisme lar deg vinne på veien, men tape i styrke. Derfor er det vanskelig å holde en liten fisk på vekten på enden av en fiskestang eller en tung gjenstand med pinsett.
For å gjenta, en spak i fysikk tillater baregjør det praktisk å utføre dette eller hint arbeid med å flytte varer, men lar deg ikke vinne i dette arbeidet.
