Рычаги в природе, технике и быту

Рычаг — Гипермаркет знаний

Рычаги в природе, технике и быту

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

Источник: http://edufuture.biz/index.php?title=%D0%A0%D1%8B%D1%87%D0%B0%D0%B3

Рычаг

Рычаги в природе, технике и быту

    Введение

  • 1 История
  • 2 Принцип действия
  • 3 Составной рычаг
  • 4 Типы рычагов
  • Примечания
    Литература

Рычаги используются, чтобы получить большое усилие на коротком конце, прикладывая маленькое на длинном

Рыча́г — простейшее механическое устройство, представляющее собой твёрдое тело (перекладину), вращающееся вокруг точки опоры. Стороны перекладины по бокам от точки опоры называются плечами рычага.

Рычаг используется для получения большего усилия на коротком плече с помощью меньшего усилия на длинном плече (или для получения большего перемещения на длинном плече с помощью меньшего перемещения на коротком плече). Сделав плечо рычага достаточно длинным, теоретически, можно развить любое усилие.

Частными случаями рычага являются также два других простейших механизма: ворот и блок.

1. История

Человек стал использовать рычаг ещё в доисторические времена, интуитивно понимая его принцип. Такие инструменты, как мотыга или весло, применялись, чтобы уменьшить силу, которую необходимо было прикладывать человеку.

В пятом тысячелетии до нашей эры в Месопотамии применялись весы, использовавшие принцип рычага для достижения равновесия.[1][2] Позже, в Греции, был изобретён безмен, позволивший изменять плечо приложения силы, что сделало использование весов более удобным. Около 1500 года до н. э.

в Египте и Индии появляется шадуф, прародитель современных кранов, устройство для поднимания сосудов с водой.[3]

Гравюра из «Журнала механики», изданного в Лондоне в 1842 году, изображающая Архимеда, переворачивающего Землю с помощью рычага.

Неизвестно, пытались ли мыслители тех времён объяснить принцип работы рычага. Первое письменное объяснение дал в III веке до н. э. Архимед, связав понятия силы, груза и плеча.

Закон равновесия, сформулированный им, используется до сих пор и звучит как: «Усилие, умноженное на плечо приложения силы, равно нагрузке, умноженной на плечо приложения нагрузки, где плечо приложения силы — это расстояние от точки приложения силы до опоры, а плечо приложения нагрузки — это расстояние от точки приложения нагрузки до опоры». По легенде, осознав значение своего открытия, Архимед воскликнул: «Дайте мне точку опоры, и я переверну Землю!».[3] В 1773 году Джеймс Уатт предложил идею составного рычага, состоящего из двух или нескольких связанных друг с другом рычагов, который можно было использовать для еще большего увеличения усилия. Пример составного рычага, используемого в повседневной жизни, можно найти в щипчиках для ногтей.[3]

В современном мире принцип действия рычага используется повсеместно. Практически любой механизм, преобразующий механическое движение, в том или ином виде использует рычаги. Подъёмные краны, двигатели, плоскогубцы, ножницы, а также тысячи других механизмов и инструментов используют рычаги в своей конструкции.

2. Принцип действия

Схема рычага. В равновесии F1D1 = F2D2

Принцип работы рычага является прямым следствием закона сохранения энергии. Чтобы переместить рычаг на расстояние Δh1 сила, действующая со стороны груза, должна совершить работу равную:

.

Если посмотреть с другой стороны, сила, приложенная с другой стороны, должна совершать работу

,

где Δh2 — это перемещение конца рычага, к которому приложена сила F2. Чтобы выполнялся закон сохранения энергии для замкнутой системы, работа действующей и противодействующей сил должны быть равны, то есть:

,.

По закону подобия треугольников, отношение перемещений двух концов рычага будет равно отношению его плеч:

, следовательно.

Учитывая, что произведение силы и расстояния является моментом силы, можно сформулировать принцип равновесия для рычага. Рычаг находится в равновесии, если сумма моментов сил (с учётом знака), приложенных к нему, равна нулю.

Для рычагов, как и для других механизмов, вводят характеристику, показывающую механический эффект, который можно получить за счёт рычага. Такой характеристикой является передаточное отношение, оно показывает, как соотносятся нагрузка и приложенная сила:

.

3. Составной рычаг

Составной рычаг представляет собой систему из двух и более простых рычагов, соединённых таким образом, что выходное усилие одного рычага является входным для следующего.

Например, для системы из двух последовательно связанных рычагов, если на входное плечо первого рычага приложена сила F1, на другом конце этого рычага выходное усилие окажется F2, и связаны они будут с помощью передаточного отношения:

.

При этом на входное плечо второго рычага будет воздействовать такое же усилие F2, а выходным усилием второго рычага и всей системы будет F3, передаточное отношение второй ступени будет равно:

.При этом механический эффект всей системы, то есть всего составного рычага, будет вычисляться как отношение входного и выходного усилия для всей системы, то есть:
.

Таким образом, передаточное отношение составного рычага, состоящего из двух простых будет равно произведению передаточных отношений входящих в него простых рычагов.

Составной рычаг в общем случае, состоящий из n простых рычагов

Такой же подход решения можно применять и для более сложной системы, состоящей, в общем случае из n рычагов. В этом случае в системе будет присутствовать 2n плеч. Передаточное отношение для такой системы будет вычисляться по формуле:

,

где:

  •  — это i-ое плечо системы;
  •  — сила, передаваемая с плеча (i-1) на плечо i;
  •  — передаточное отношение всей системы.

Как видно из формулы для этого случая также верно, что передаточное отношение составного рычага равно произведению передаточных отношений входящих в него элементов.

4. Типы рычагов

Различают рычаги 1 рода, в которых точка опоры располагается между точками приложения сил, и рычаги 2 рода, в которых точки приложения сил располагаются по одну сторону от опоры.

Примечания

  1. В. Н. Пипуныров. История весов и весовой промышленности в сравнительно-историческом освещении. М, 1955 г.
  2. История весов – www.istorya.ru/articles/vesy.php.
  3. 123 Lever: World Invention Summary – www.bookrags.com/research/lever-woi/  (англ.).

Литература

  • О Рычагѣ – ru.wikisource.org/wiki/Физика_(1831_г.)/О_сложении_и_разложении_сил#.D0.9E_.D0.A0.D1.8B.D1.87.D0.B0.D0.B3.D1.A3// Физика – ru.wikisource.org/wiki/Физика_(1831_г.). С-Пб, 1831 г.

скачать
Данный реферат составлен на основе статьи из русской Википедии. Синхронизация выполнена 12.07.11 14:21:36
Похожие рефераты: Финансовый рычаг, Спусковой рычаг, Кредитный рычаг.

Категории: Простейшие механизмы.

Текст доступен по лицензии Creative Commons Attribution-ShareA.

Источник: http://wreferat.baza-referat.ru/%D0%A0%D1%8B%D1%87%D0%B0%D0%B3

Поделиться:
Нет комментариев

    Добавить комментарий

    Ваш e-mail не будет опубликован. Все поля обязательны для заполнения.