07. Простые механизмы. Рычаг (Зотов А. Е.)

Введение

Простые механизмы – это устройства, которые преобразуют силу. К простым механизмам относят рычаг, блок, наклонную плоскость (ворот).

Рычаг

Рычаг

Рычаг – твердое тело, которое может вращаться вокруг неподвижной оси (рис. 1).

Рычаг первого рода

Проведем опыт с рычагом.

К штативу прикрепили рычаг, который может вращаться вокруг точки опоры, уравновесили этот рычаг и подвесили груз. К плечуподвесили груз массой, расстояние от оси до груза –, на плече действует силаК плечуподвесили груз массой, расстояние от оси до груза –, на плече действует силаСилу всмогли уравновесить силой, получив выигрыш в силе в два раза (рис. 2).

Переместив грузы на плечона расстояние от оси до груза, рычаг выйдет из равновесия, и, чтобы его уравновесить, необходимо груз на плечопереместить на расстояниеот оси до груза.

Изменяя расстояния грузов до оси вращения рычага, но не меняя значения сил действующих на рычаг, можно прийти к выводу, что рычаг находится в равновесии, если отношение сил обратно пропорционально отношению плеч этих сил.

– правило равновесия рычага.

Это правило установил Архимед (рис. 3) в III веке до н. э.

Отсюда следует:

Произведение силы на плечо называется моментом силы:

– единица измерения момента силы в системе СИ.

Силапри оси О будет иметь момент, который будет вращать тело по часовой стрелке. Силапри осибудет иметь момент, который будет вращать тело против часовой стрелки (рис. 4). Из этого мы получаем правило моментов силДля того чтобы рычаг был в равновесии, нужно, чтобы момент силы, действующей по часовой стрелке, был равен моменту действующей силы против часовой стрелки.

Рычаг второго рода

К рычагам относятся тела, которые имеют ось вращения на конце (рис. 5).

Изобразим на штативе рычаг второго рода, с осьюна конце. Силаимеет плечо, сила подъема, имеет плечо(рис. 6).

Для рассмотрения условия равновесия такого рычага также применяется правило моментов

Блок

Блок – это разновидность рычага, представляет собой колесо с желобом (рис. 7), через желоб можно пропустить веревку, трос, канат или цепь.

Опыт с неподвижным блоком

Закрепим на штативе неподвижный блок, на одном конце веревки разместим грузик массой, пропустим веревку через блок и второй конец веревки закрепим к динамометру. Начнем поднимать груз, динамометр показывает силу, сила тяжести, действующая на грузик, тоже, но при этом мы можем менять направление силы, для этого и нужен неподвижный блок. Он не дает выигрыш в силе (рис. 8). 

Опыт с подвижным блоком

Один конец веревки закреплен неподвижно, веревка продета через подвижный блок массой, к которому прикреплен груз массойДалее веревка продета через неподвижный блок и прикреплена к динамометру. Сила, действующая на систему, –Потянув динамометр, мы увидим, что он показывает силу вТаким образом, подвижный блок позволяет получить выигрыш в силе в два раза (рис. 9).

Разберем, почему так происходит, и докажем, применяя правило моментов.

На схеме 1 ниже изображен неподвижный блок, с силами, действующими на него. Запишем правило момента сил конкретно для этого случая:

– радиус блока

Cокращаем равные радиусы и получаем:

В данном случае неподвижный блок изменяет только направление силы и выигрыша в силе не дает.

На схеме 2 изображен подвижный блок, запишем правило момента сил для этого блока.

Cокращаем равные радиусы и получаем:

На основание правила моментов мы доказали, что подвижный блок дает выигрыш в силе в два раза. 

Список литературы

1. Лукашик В. И., Иванова Е. В. Сборник задач по физике для 7–9 классов общеобразовательных учреждений. – 17-е изд. – М.: Просвещение, 2004.

2. Перышкин А. В. Физика. 7 кл. – 14-е изд., стереотип. – М.: Дрофа, 2010.

3. Перышкин А. В. Сборник задач по физике, 7–9 кл.: 5-е изд., стереотип. – М: Издательство «Экзамен», 2010.

Дополнительные рекомендованные ссылки на ресурсы сети Интернет

1. Интернет-портал «polnaja-jenciklopedija.ru» (Источник)

Домашнее задание

1. В чем заключается правило рычага? Кто его открыл?

2. Приведите примеры рычагов в теле человека.