Рычаг

Принцип действия рычага
Рычаг первого рода
Рычаг второго рода
Рычаг третьего рода

Рычаг - простой механизм, твердое тело, которое может вращаться вокруг определенной точки, которая называется точкой опоры. Применяется для подъема грузов.

Расстояние от точки опоры до точки, в которой приложена сила, называется плечом рычага. Обычно у рычага два разных плеча: к одному плечу прикладывается усилия на другое действует вес груза.


1. История

Одним из первых трактатов, в котором подробно рассматривалась проблема рычага был трактат "Механические проблемы" неизвестного автора с аристотелевского корпуса. Рычаг использовался человечеством с древних времен, а вот полностью понял и сумел сформулировать принцип действия этого простого механизма Архимед. Ему принадлежит крылатое выражение "Дайте целью точку опоры, и я переверну Землю".

2. Принцип действия

Принцип действия рычага основан на основных законах статики. Статическая равновесие достигается тогда, когда алгебраическая сумма произведений силы на плечо равна нулю.

\ Sum_i F_i D_i = 0, \,

где F_i - Приложенная сила, D_i - Соответствующее плечо. Силы нужно брать со знаком плюс, если они пытаются вернуть рычаг в одну сторону (например, по часовой стрелке), и со знаком минус, если они пытаются вернуть его в противоположную сторону.

С учетом знаков условие равновесия для рычага на диаграмме справа запишется в виде.

F_1 D_1 = F_2 D_2 .

Для того, чтобы получить выигрыш в силе, то есть поднимать больший груз, применяя меньшую силу, необходимо прикладывать ее к длительного плеча.


3. Типы рычагов

По строению можно выделить рычаги трех типов.

  • В рычаги первого типа точки приложения сил лежат по разные стороны от точки опоры. Одна из сил пытается вернуть рычаг по часовой стрелке, другая - против часовой стрелки. Для того, чтобы получить выигрыш в силе, нужно, чтобы плечо, к которому приложена сила, было длиннее плечо нагрузки.
  • В рычаги второго типа обе точки приложения сил лежат по одну сторону от точки опоры и груз имеет меньше плечо. Чтобы поднять груз, необходимо направить силу вверх. Примеры таких рычагов - тачка, лом.
  • В рычаги третьего типа обе точки приложения сил лежат по одну сторону от точки опоры, но тяжесть имеет больше плечо. При этом нужно прикладывать силу, превышающую груз. Пример такого рычага - ложка.

Иногда, рычаги используются не для того, чтобы получить выигрыш в силе, а для того, чтобы получить выигрыш в расстоянии, на которое перемещается груз. Пример такого использования - колодезный журавль или строительный кран. В этом случае груз легкий по сравнению с противовесом на конце противоположного плеча.


4. Выигрыш в скорости

В метательных орудий, например, Катапульта используется выигрыш в скорости. Поскольку угол поворота обоих бок рычага одинаковый, то расстояние, которое проходит за определенное время длиннее конец больше, чем расстояние, которое проходит короткий конец. Математически это утверждение можно выразить формулой

\ Frac {V_1} {D_1} = \ frac {V_2} {D_2} .

Таким образом, прикладывая силу к короткого конца и заставляя его двигаться, можно одновременно достичь очень высокой скорости длительного конца, что нужно для метания снарядов.


5. Смотрите также


Физика Это незавершенная статья по физики.
Вы можете помочь проекту, исправив и дополнив ее.


Технологии Это незавершенная статья по технологии.
Вы можете помочь проекту, исправив и дополнив ее.