Рычаг

Рычаг-простой механизм, твердое тело, которое может вращаться вокруг определенной точки, которая называетсяточкой 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. На заметку: Рычаги маятниковые на сайте .

История

Одним из первых трактатов, в котором подробно рассматривалась проблема рычага был трактат "Механические проблемы" неизвестного автора саристотелевского 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".

Принцип действия

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

где  - приложенная сила,  - 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.

.

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

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, н которой перемещается груз.Пример такого использования - колодезный журавль или строительный кран. В этом случае груз легкий по сравнению с противовесом на конце противоположного плеча.

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

.

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