Гипермаркет знаний>>Физика и астрономия>>Физика 7 класс>> Рычаг

Что такое рычаг?

Сила человека ограничена. Поэтому он часто применяет устройства (или приспособления), позволяющие преобразовать его силу в силу, существенно большую. Примером подобного приспособления является рычаг.

Рычаг представляет собой твердое тело, способное вращаться вокруг неподвижной опоры. В качестве рычага могут быть использованы лом, доска и тому подобные предметы.

Виды рычагов

Различают два вида рычагов. У рычага 1-го рода неподвижная точка опоры О располагается между линиями действия приложенных сил (рис. 47), а у рычага 2-го рода она располагается по одну сторону от них (рис. 48).

Рисунок 47, 48. Виды рычагов.

Использование рычага позволяет получить выигрыш в силе. Так, например, рабочий, изображенный на рисунке 47, прикладывая к рычагу силу 400 Н, сможет приподнять груз весом 800 Н. Разделив 800 Н на 400 Н, мы получим выигрыш в силе, равный 2.

Для расчета выигрыша в силе, получаемого с помощью рычага, следует знать правило, открытое Архимедом еще в III в. до н. э. Для установления этого правила проделаем опыт. Укрепим на штативе рычаг и по обе стороны от оси вращения прикрепим к нему грузы (рис. 49). Действующие на рычаг силы F₁ и F₂ будут равны весам этих грузов. Из опыта, изображенного на рисунке 49, видно, что если плечо одной силы (т. е. расстояние ОA) в 2 раза превышает плечо другой силы (расстояние ОВ), то силой 2 Н можно уравновесить в 2 раза большую силу - 4 Н.

Рисунок 49. Опыт для установления правила Архимеда.

Итак, для того чтобы уравновесить меньшей силой большую силу, необходимо, чтобы ее плечо превышало плечо большей силы. Выигрыш в силе, получаемый с помощью рычага, определяется отношением плеч приложенных сил. В этом состоит правило рычага.

Обозначим плечи сил через l₁ иl₂ (рис. 50).

Рисунок 50. Правило рычага.

Тогда правило рычага можно представить в виде следующей формулы:

Эта формула показывает, что рычаг находится в равновесии, если приложенные к нему силы обратно пропорциональны их плечам.

Историческая справка

Рычаг начал применяться людьми в глубокой древности. С его помощью удавалось поднимать тяжелые каменные плиты при постройке пирамид в Древнем Египте (рис. 51). Без рычага это было бы невозможно. Ведь, например, для возведения пирамиды Хеопса, имеющей высоту 147 м, было использовано более двух миллионов каменных глыб, самая меньшая из которых имела массу 2,5 т!

Рисунок 51. Строительство пирамид в Древнем Египте.

В наше время рычаги находят широкое применение как на производстве (например, подъемные краны), так и в быту (ножницы, кусачки, весы и т.д.).

Рычаги в природе, быту и технике

Каждый из вас в своей жизни, наверное, и не раз сталкивался с ситуацией, когда нужно было поднять или сдвинуть какую-то тяжесть, а сил для этого было недостаточно. Если человек своими силами не может применить силу тяжести данного предмета, то при помощи рычага ему это будет сделать намного проще.

Рычаг является одним из самых простых и востребованных в быту и в природе механизмов, созданных человеком.

Рычаг в быту

Без применения рычага вы не сможете передвинуть непосильную тяжесть, расколоть орех, вытянуть с колодца воду и много других моментов, которые мы не замечаем и не связываем с рычагом. Рычаги распространены в быту повсюду.

Даже если взять обычную дверь, которую мы открываем и закрывает десятки раз за день. Вам ее не удастся открыть, если вы будете ее толкать возле крепления петель. Конечно же, вы сможете ее открыть, но это будет вам даваться довольно таки сложно. Но чем дальше от петель вы будете прилагать усилия, тем проще будет открыть дверь.

Благодаря такому простому механизму, как рычаг, мы, используя небольшие человеческие усилия с его помощью способны уравновесить силу намного большую. Так на примере обычного деревенского колодца мы можем наблюдать, что без помощи рычага, которым служит колодезный ворот, нам бы было намного труднее достать ведро воды. На этом примере мы видим, что рычагом в данном случае служит бревно, к которому прикреплена изогнутая рукоятка. Ось вращения этого рычага проходит сквозь это бревно, поэтому человек затрачивает меньше силы, вращая ручку колодца, так как большей силой будет та, которую цепь с ведром тянет вниз.

Если вы возьмете обычный грецкий орех и попробуете его раздавить руками, то вам это вряд ли удастся, так как силы рук в этом случае будет недостаточно. А если орех положить в специальное приспособление, такое, как ореходавка или же просто вставить его в дверное отверстие и толкнуть дверь, то орех легко раздавиться. Почему так произошло? А ответ очень простой, приспособление для давки орехов и даже простая дверь были применены, в качестве рычага.

В обычном водопроводном смесителе, которым каждый из вас пользуется по много раз на день, было бы гораздо сложней открывать туго завинченный кран, если бы его ручки не являлись небольшим, но эффективным рычагом.

Без рычага не обойтись при строительных работах, при ремонте различных механизмов и даже при езде на автомобиле. И таких повседневных бытовых примеров можно привести бесконечное множество.

Вопросы

1. Что представляет собой рычаг?

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

3. Чем отличается рычаг 1-го рода от рычага 2-го рода?

4. Приведите примеры применения рычагов.

5. Рассмотрите рисунки 52, а и 52, б. В каком случае груз нести легче? Почему?

Рисунок 52. Задание: в каком случае нести груз легче?

Экспериментальное задание

Положите под середину линейки карандаш так, чтобы линейка находилась в равновесии. Не меняя взаимного расположения линейки и карандаша, уравновесьте на полученном рычаге одну монету с одной стороны и стопку из трех таких же монет с другой стороны. Измерьте плечи приложенных (со стороны монет) сил и проверьте правило рычага.

С.В. Громов, И.А. Родина, Физика 7 класс