Простые механизмы. Рычаги

Механизм в садовой тачке

Простой механизм позволяет изменить точку приложения силы, её направление или величину. У тачки ось проходит через колесо, груз расположен между ней и руками. Реальную тачку не рассчитываем по фото; используем заданные плечи.

Два рода по учебнику РБ

У рычага I рода нагрузка и усилие находятся по разные стороны оси. У II рода — по одну сторону. Эта классификация основана на расположении сил, а не на величине выигрыша.

Одна сторона оси

Направленные вверх и вниз силы по одну сторону оси создают противоположные моменты. Для равновесия $F l_F=P l_P$. Здесь P — сила нагрузки на рычаг, F — приложенное усилие.

Отношение плеч

Выигрыш в силе $P/F=l_F/l_P$. Если плечо усилия в 5 раз больше, усилие в 5 раз меньше нагрузки. При P=100 Н, lP=0,10 м, lF=0,50 м получаем F=20 Н. Самостоятельно: P=60 Н, lP=0,15 м, lF=0,45 м. Проверка:20 Н, выигрыш 3.

Два рычага в ножницах

Рассматривая одно лезвие, отмечаем винт, силу руки и сопротивление материала. Ручка и место резания по разные стороны оси. Сила, с которой лезвие действует на материал, приложена уже к материалу; не добавляй её на схему сил самого лезвия.

Сила может увеличиться

В упрощённой модели пинцета усилие приложено ближе к соединённому концу, чем сопротивление у кончика. Поэтому F>P. В классификации учебника это II род, поскольку обе силы находятся с одной стороны оси. Пинцет удобен точностью захвата.

Проигрыш тоже возможен

Если lF=0,03 м, lP=0,09 м и P=3 Н, то F=9 Н. Отношение P/F=1/3. Ошибка «любой рычаг экономит силу» исчезает после сравнения плеч. Работа и КПД будут подробно рассмотрены позже.

Полная схема сил

Сила опоры удерживает рычаг от поступательного движения. При выборе оси через O её момент равен нулю, но сама сила не исчезает. Условия равновесия по силам и моментам сохраняются.

Проверь себя

Запиши решение до открытия ключей. Начальный покой. Против часовой стрелки момент положителен. Если не сказано иначе, масса рычага и трение в оси пренебрежимо малы. Все плечи уже перпендикулярны линиям сил.

А. Рычаг I рода: усилие F приложено на плече 0,60 м, груз действует силой P=120 Н на плече 0,15 м по другую сторону оси. Найди F и выигрыш P/F.

Б. Рычаг II рода: груз P=90 Н и направленная вверх сила F находятся с одной стороны оси. Их плечи lP=0,20 м и lF=0,60 м. Найди F и назови основание выбора рода.

В. В модели пинцета усилие F действует на плече 0,04 м, а сопротивление предмета P=2 Н — на плече 0,10 м. Найди F и P/F. Есть ли выигрыш в силе?

Новая попытка после ошибки. После исправления закрой ответы и реши: При lF=0,50 м, lP=0,10 м и P=80 Н найди F и выигрыш.

Показать ответ после выполнения

Домашняя работа

Рычаг: P=150 Н, lP=0,12 м, lF=0,60 м. Найди усилие и выигрыш. Объясни роль длинной ручки.

Главное

Рычаг изменяет действие силы. У I рода силы по разные стороны оси, у II — по одну. При равновесии FlF=PlP. Выигрыш P/F=lF/lP может быть больше, равен или меньше единицы.