Jämvikt i fysiken är ett tillstånd i systemet, där det är i relativ vila till de omgivande objekten. Statik är studiet av jämviktsförhållanden. En av mekanismerna, vars kunskap om jämviktsförhållandena för driften är av grundläggande betydelse, är spaken. Fundera på i artikeln vilka typer av hävstång som är.
Vad är det inom fysik?
Innan vi pratar om typerna av spakar (i fysik, årskurs 7 klarar detta ämne), låt oss definiera denna enhet. En spak är en enkel mekanism som låter dig omvandla kraft till avstånd och vice versa. Spaken har en enkel anordning, den består av en balk (bräda, stång), som har en viss längd, och ett stöd. Stödets läge är inte fixerat, så det kan placeras både i mitten av balken och i dess ände. Vi noterar direkt att stödets position i allmänhet bestämmer typen av spak.
Det senare har använts av människan sedan urminnes tider. Så det är känt att de i det antika Mesopotamien eller i Egypten, med hjälp av det, lyfte vatten från floder eller flyttade enorma stenar underkonstruktion av olika strukturer. Använde aktivt spaken i antikens Grekland. Det enda skriftliga bevis som har överlevt för användningen av denna enkla mekanism är Plutarchus "Parallel Lives", där filosofen ger ett exempel på hur Arkimedes använde systemet med block och spakar.
Begreppet vridmoment
Det är möjligt att förstå principen för olika typer av spakar i fysiken om du studerar frågan om jämvikt hos den aktuella mekanismen, som är nära relaterad till begreppet kraftmoment.
Kraftmomentet är det värde som erhålls genom att multiplicera kraften med avståndet från dess appliceringspunkt till rotationsaxeln. Detta avstånd kallas "kraftens skuldra". Låt oss beteckna F och d - kraften respektive dess skuldra, då får vi:
M=Fd
Kraftmomentet ger möjligheten att rotera runt denna axel i hela systemet. Livliga exempel där du kan observera kraftögonblicket i aktion är att skruva loss en mutter med en skiftnyckel eller öppna en dörr med ett handtag som är långt från dörrgångjärnen.
Vridmoment är en vektorkvantitet. När man löser problem måste man ofta ta hänsyn till dess tecken. Man bör komma ihåg att varje kraft som får kroppssystemet att rotera moturs skapar ett kraftmoment med tecknet +.
spakssaldo
Figuren ovan visar en typisk spak och krafterna som verkar på den är markerade. Senare i artikeln kommer det att sägas att det är -hävstångseffekt av det första slaget. Här betecknar bokstäverna F och R en yttre kraft respektive en viss vikt av lasten. Du kan också se att stödet är förskjutet från mitten, så längderna på armarna dF och dR är inte lika med varandra.
I statik visas att spaken inte rör sig som en hel mekanism, summan av alla krafter som verkar på den måste vara lika med noll. Vi har bara noterat två av dem. Faktum är att det också finns en tredje, som är motsatt dessa två och lika med deras summa - det här är stödreaktionen.
För att spaken inte ska göra roterande rörelser är det nödvändigt att summan av alla kraftmoment är lika med noll. Ansatsen på stödets reaktionskraft är noll, så det skapar inte ett ögonblick. Det återstår att skriva ner kraftmomenten F och R:
RdR- FdF=0=>
RdR=FdF
Inspelat spakjämviktstillstånd som formel, även angivet:
dR/dF=F/R
Denna jämlikhet innebär att för att spaken inte ska rotera måste den yttre kraften vara lika många gånger större (mindre) än vikten av lasten som lyfts, hur många gånger armen för denna kraft är mindre (större) än armen på vilken vikten verkar last.
Den givna formuleringen innebär att hur många gånger vi vinner på vägen med hjälp av mekanismen under övervägande, förlorar vi lika mycket i styrka.
Spak av det första slaget
Det visades i föregående stycke. Här säger vi bara att för en spak av denna typ är stödet placerat mellan de verkande krafterna F och R. Beroende på förhållandet mellan armarnas längder kan en sådan spakanvändas både för att lyfta vikter och för att ge kroppen acceleration.
Mekaniska vågar, saxar, en spikdragare, en katapult är exempel på spakar av det första slaget.
Vid balans har vi två armar av samma längd, så balansen för spaken uppnås endast när krafterna F och R är lika med varandra. Detta faktum används för att väga kroppar med okänd massa genom att jämföra det med ett referensvärde.
Sax och en nageldragare är utmärkta exempel på att få styrka men förlora på vägen. Alla vet att ju närmare saxens axel ett pappersark läggs, desto lättare är det att klippa det. Tvärtom, om du försöker klippa papper med saxspetsar, är det stor sannolikhet att de börjar "tugga" det. Ju längre handtaget på saxen eller spikavdragaren är, desto lättare är det att utföra motsvarande operation.
När det gäller katapulten är detta ett levande exempel på att vinna med hjälp av en spak på vägen, och därför i accelerationen som dess axel ger projektilen.
Spak av det andra slaget
I alla spakar av den andra typen är stödet placerat nära en av ändarna på balken. Detta arrangemang leder till närvaron av endast en axel vid spaken. I detta fall är lastens vikt alltid placerad mellan stödet och den yttre kraften F. Arrangemanget av krafter i spaken av den andra typen leder till det enda användbara resultatet: styrka.
Exempel på denna typ av hävstång är skottkärran, som används för att bära tunga laster, och nötknäpparen. I båda fallen har förlusten på vägen inget negativt värde. Så, i fallet med manuellskottkärror är det bara viktigt att hålla lasten på vikten medan den rör sig. I detta fall är den applicerade kraften flera gånger mindre än lastens vikt.
Spak av det tredje slaget
Utformningen av denna typ av spak är på många sätt lik den tidigare. Stödet i detta fall är också placerat i en av ändarna av balken, och spaken har en enkel arm. Placeringen av de verkande krafterna i den är dock helt annorlunda än i en spak av det andra slaget. Påläggspunkten för kraften F är mellan lastens vikt och stödet.
Spade, barriär, fiskespö och pincett är slående exempel på den här typen av hävstång. I alla dessa fall vinner vi på vägen, men det finns en betydande styrkaförlust. Till exempel, för att hålla en tung last med pincett, måste du applicera en stor kraft F, så att använda det här verktyget betyder inte att du håller tunga föremål med det.
Sammanfattningsvis noterar vi att alla typer av spakar fungerar på samma princip. De ger ingen vinst i arbetet med att flytta varor, utan låter dig bara omfördela detta arbete i riktning mot dess mer bekväma genomförande.
