Механический рычаг

С правилом рычага мы знакомы еще с курса школьной физики. Правило рычага основано на законе сохранения энергии, который звучит следующим образом: полная механическая энергия замкнутой системы тел, между которыми действуют только консервативные силы, остаётся постоянной. Рассмотрим схему, показанную на рисунке:

На одном конце рычага, на расстоянии L1, расположен груз 1, создавая силу F1, на другом конце, на расстоянии L2, лежит груз 2, создавая силу F2.

Согласно закону сохранения энергии механическая энергия данной системы должна оставаться постоянной, т.е поэтому можно записать равенство:

где А — работа.

Приведенное равенство показывает, что рычаг будет находиться в равновесии, когда работа сил F1 и F2 будет равна.

Для данной системы работу А1 и А2 можно определить, используя зависимости:

Приравняв указанные зависимости, получим:

Таким образом силу F2 можно определить так:

В данной зависимости соотношение длин рычагов L1 и L2 называют передаточным числом (или передаточным отношением).

Показанный пример является самым простым видом рычага в механике, но другие, более сложные примеры, такие, как составной рычаг, основаны на тех же принципах и законах, что и обычный механический рычаг.

Расчет рычага в механике

Расчет рычагов

Рычаг представляет собой твердое тело с точкой опоры, находящейся под действием сил, расположенных в плоскости, проходящей через эту точку. Различают рычаг первого рода — «двуплечий рычаг» (а) и рычаг второго рода — «одноплечий рычаг» (б).

а — двуплечий рычаг

б — одноплечий рычаг

Соотношение сил F₁ и F₂ определяется из условия равновесия рычага:

— без учета сил трения;

— с учетом сил трения, при направлении

вращения рычага показанного стрелкой ω;

при изменении направления вращения рычага

и наличии трения, соотношение F₁ и F₂ меняется.

Простые механизмы: рычаг, равновесие сил на рычаге

С самых давних пор человек применяет различные вспомогательные приспособления для облегчения своего труда. Как часто, когда нам надо сдвинуть с места очень тяжелый предмет, мы берем себе в помощники палку или шест. Это пример простого механизма – рычага.

Применение простых механизмов

Видов простых механизмов очень много. Это и рычаг, и блок, и клин, и многие другие. Простыми механизмами в физике называют приспособления, служащие для преобразования силы. Наклонная плоскость, которая помогает вкатывать или втаскивать тяжелые предметы наверх – это тоже простой механизм. Применение простых механизмов очень распространено как в производстве, так и в быту. Чаще всего простые механизмы применяют для того, чтобы получить выигрыш в силе, то есть увеличить в несколько раз силу, действующую на тело.

Рычаг в физике — простой механизм

Один из самых простых и распространенных механизмов, который изучают в физике еще в седьмом классе – рычаг. Рычагом в физике называют твердое тело, способное вращаться вокруг неподвижной опоры.

Различают два вида рычагов. У рычага первого рода точка опоры находится между линиями действия приложенных сил. У рычага второго рода точка опоры расположена по одну сторону от них. То есть, если мы пытаемся при помощи лома сдвинуть с места тяжелый предмет, то рычаг первого рода – это ситуация, когда мы подкладываем брусок под лом, надавливая на свободный конец лома вниз. Неподвижной опорой у нас в данном случае будет являться брусок, а приложенные силы располагаются по обе стороны от него. А рычаг второго рода – это когда мы, подсунув край лома под тяжесть, тянем лом вверх, пытаясь таким образом перевернуть предмет. Здесь точка опоры находится в месте упора лома о землю, а приложенные силы расположены по одну сторону от точки опоры.

Закон равновесия сил на рычаге

Используя рычаг, мы можем получить выигрыш в силе и поднять неподъемный голыми руками груз. Расстояние от точки опоры до точки приложения силы называют плечом силы. Причем, можно рассчитать равновесие сил на рычаге по следующей формуле:

где F1 и F2 – силы, действующие на рычаг,

а l2 и l1 – плечи этих сил.

Это и есть закон равновесия рычага, который гласит: рычаг находится в равновесии тогда, когда действующие на него силы обратно пропорциональны плечам этих сил. Этот закон был установлен Архимедом еще в третьем веке до нашей эры. Из него следует, что меньшей силой можно уравновесить большую. Для этого необходимо, чтобы плечо меньшей силы было больше плеча большей силы. А выигрыш в силе, получаемый с помощью рычага, определяется отношением плеч приложенных сил.

Начав использоваться с глубокой древности, рычаг повсеместно применяется и в наши дни, как на производстве, например, подъемные краны, так и в быту, например, ножницы, весы и так далее.

Источники: http://www.hydro-pnevmo.ru/topic.php?ID=8http://www.tyz.uu.ru/misc/raschet_richaga.htmlhttp://www.nado5.ru/e-book/prostye-mekhanizmy-rychag