Содержание
- Основы ньютоновской физики
- Обзор простых машин
- Основы рычага
- Крутящий момент и моменты в физике
- Терминология и типы рычагов
- Примеры составных рычагов
- Расчет силы рычага
Практически все знают, что такое рычаг хотя большинство людей могут удивиться, узнав, насколько простые машины квалифицироваться как таковой.
Грубо говоря, рычаг - это инструмент, который используется, чтобы «вырвать» что-то незакрепленное таким способом, которым не может управлять никакой другой немоторизованный аппарат; Говорят, что на повседневном языке тот, кто сумел обрести уникальную форму власти над ситуацией, обладает «рычагом».
Изучение рычагов и того, как применять уравнения, относящиеся к их использованию, является одним из наиболее полезных процессов, предлагаемых вводной физикой. Он включает в себя немного о силе и крутящем моменте, вводит противоречивую, но важную концепцию умножение сили соединяет вас с основными понятиями, такими как работай и формы энергии в сделке.
Одним из основных преимуществ рычагов является то, что они могут быть легко "сложены" таким образом, чтобы создать значительный механическое преимущество, Расчеты сложного рычага помогают понять, насколько мощной, но скромной может быть хорошо продуманная «цепь» простых машин.
Основы ньютоновской физики
Исаак Ньютон (1642–1726), в дополнение к тому, что ему приписывают совместное изобретение математической дисциплины исчисления, расширил работу Галилея Галилея, чтобы развить формальные отношения между энергией и движением. В частности, он предложил, среди прочего, что:
Объекты противостоят изменениям своей скорости способом, пропорциональным их массе (закон инерции, первый закон Ньютона);
Количество называется сила действует на массы, чтобы изменить скорость, процесс называется ускорение (F = маВторой закон Ньютона);
Количество называется импульспроизведение массы на скорость очень полезно в расчетах, поскольку оно сохраняется (т. е. его общее количество не изменяется) в замкнутых физических системах. Общее количество энергия также сохраняется.
Объединение ряда элементов этих отношений приводит к концепции работай, который сила, умноженная на расстояние: W = Fx, Именно через этот объектив начинается изучение рычагов.
Обзор простых машин
Рычаги относятся к классу устройств, известных как простые машины, который также включает в себя шестерни, шкивы, наклонные плоскости, клинья а также винты, (Само слово «машина» происходит от греческого слова, которое означает «помогите сделать легче».)
Все простые машины имеют одну общую черту: они умножают силу за счет расстояния (а добавленное расстояние часто ловко скрывается). Закон сохранения энергии утверждает, что ни одна система не может «создавать» работу из ничего, но потому что W = Fх, даже если значение W ограничено, две другие переменные в уравнении не являются.
Переменная интереса в простой машине является ее механическое преимущество, который является просто отношением выходной силы к входной силе: MA = Fо/ Fя. Часто эта величина выражается как идеальное механическое преимуществоили IMA, который является механическим преимуществом, которым обладает машина, если бы не было сил трения.
Основы рычага
Простой рычаг - это сплошной стержень, который может свободно вращаться вокруг неподвижной точки, называемой точка опоры если силы приложены к рычагу. Точка опоры может быть расположена на любом расстоянии по длине рычага. Если на рычаг действуют силы в виде моментов, которые представляют собой силы, действующие вокруг оси вращения, рычаг не будет двигаться, если сумма сил (моментов), действующих на шток, равна нулю.
Крутящий момент - это произведение приложенного усилия на расстояние от точки опоры. Таким образом, система, состоящая из одного рычага, подверженного двум силам F1 а также F2 на расстоянии х1 и х2 из опоры находится в равновесии, когда F1Икс1 = F2Икс2.
Среди других достоверных интерпретаций это соотношение означает, что сильная сила, действующая на коротком расстоянии, может быть точно уравновешена (при условии отсутствия потерь энергии из-за трения) более слабой силой, действующей на большем расстоянии, и пропорциональным образом.
Крутящий момент и моменты в физике
Расстояние от точки опоры до точки, в которой сила прикладывается к рычагу, называется рычаг, или же момент рука, (В этих уравнениях это было выражено с использованием «x» для визуальной простоты; другие источники могут использовать строчную букву «l».)
Крутящие моменты не должны действовать под прямым углом к рычагам, хотя для любой заданной приложенной силы правильный (то есть 90 °) угол дает максимальную величину силы, потому что, если говорить просто, грех 90 ° = 1.
Для того чтобы объект находился в равновесии, суммы сил и крутящих моментов, действующих на этот объект, должны быть равны нулю. Это означает, что все крутящие моменты по часовой стрелке должны быть точно сбалансированы крутящими моментами против часовой стрелки.
Терминология и типы рычагов
Обычно идея приложения силы к рычагу состоит в том, чтобы что-то двигать, «используя» гарантированный двусторонний компромисс между силой и рычагом. Сила, которой вы пытаетесь противостоять, называется сила сопротивленияи ваша собственная сила ввода называется усилие, Таким образом, вы можете думать о выходной силе как о достижении значения силы сопротивления в момент, когда объект начинает вращаться (т.е. когда условия равновесия больше не выполняются.
Благодаря взаимосвязи между работой, силой и расстоянием, МА может быть выражена как
MA = Fр/ Fе = де/ др
Где Dе это расстояние, на которое перемещается усилие (вращательно) и dр это расстояние, на которое перемещается рычаг сопротивления.
Рычаги входят в три типа.
Примеры составных рычагов
составной рычаг это серия рычагов, действующих согласованно, так что выходное усилие одного рычага становится входным усилием следующего рычага, что в конечном итоге обеспечивает огромную степень умножения силы.
Клавиши пианино представляют собой один из примеров великолепных результатов, которые могут возникнуть от строительных машин с комбинированными рычагами. Более простой пример для визуализации - типичный набор кусачек для ногтей. С их помощью вы прикладываете усилие к рукоятке, которая соединяет два куска металла вместе с помощью винта. Этим винтом ручка соединяется с верхней частью металла, создавая одну точку опоры, а две части соединяются второй точкой опоры на противоположном конце.
Обратите внимание, что когда вы прикладываете силу к рукоятке, она перемещается намного дальше (если только на дюйм или около того), чем два острых конца машинки для стрижки, которым нужно всего лишь сдвинуть пару миллиметров, чтобы сблизиться и выполнить свою работу. Сила, которую вы применяете, легко умножается благодаряр быть таким маленьким
Расчет силы рычага
Сила в 50 ньютонов (N) прикладывается по часовой стрелке на расстоянии 4 метра (м) от точки опоры. Какую силу нужно приложить на расстоянии 100 м с другой стороны точки опоры, чтобы уравновесить эту нагрузку?
Здесь назначьте переменные и установите простую пропорцию. F1= 50 Н, х1 = 4 м и х2 = 100 м
Вы знаете, что F1Икс1 = F2Икс2так х2 = F1Икс1/ F2 = (50 Н) (4 м) / 100 м = 2 Н.
Таким образом, требуется лишь небольшая сила, чтобы компенсировать нагрузку сопротивления, если вы готовы выдержать длину футбольного поля, чтобы выполнить это!