Az egyensúly a fizikában a rendszer olyan állapota, amelyben a környező objektumokhoz képest viszonylagos nyugalomban van. A statika az egyensúlyi feltételek tanulmányozása. Az egyik mechanizmus, amelynek működéséhez alapvető fontosságú az egyensúlyi feltételek ismerete, a kar. Fontolja meg a cikkben, hogy milyen típusú tőkeáttétel létezik.
Mi ez a fizikában?
Mielőtt a karok típusairól beszélnénk (a fizikából a 7. osztály teljesíti ezt a témát), definiáljuk ezt az eszközt. A kar egy egyszerű mechanizmus, amely lehetővé teszi az erő átalakítását távolsággá és fordítva. A kar egyszerű szerkezetű, egy gerendából (deszkából, rúdból) áll, amely meghatározott hosszúságú, és egy támasztékból áll. A támasz helyzete nem rögzített, így a gerenda közepén és a végén is elhelyezhető. Rögtön megjegyezzük, hogy általában a támasz helyzete határozza meg a kar típusát.
Ez utóbbit emberemlékezet óta használja az ember. Ismeretes tehát, hogy az ókori Mezopotámiában vagy Egyiptomban ennek segítségével vizet emeltek a folyókból, vagy hatalmas köveket mozgattak meg.különféle szerkezetek építése. Aktívan használták a kart az ókori Görögországban. Az egyetlen írásos bizonyíték, amely fennmaradt ennek az egyszerű mechanizmusnak a használatáról, Plutarkhosz „Párhuzamos életei”, ahol a filozófus példát ad Arkhimédész blokk- és karrendszerének használatára.
A nyomaték fogalma
A különböző típusú karok működési elvének megértése a fizikában lehetséges, ha megvizsgálja a vizsgált mechanizmus egyensúlyának kérdését, amely szorosan kapcsolódik az erőnyomaték fogalmához.
Az erőnyomaték az az érték, amelyet úgy kapunk, hogy az erőt megszorozzuk az alkalmazási pont és a forgástengely távolságával. Ezt a távolságot "az erő vállának" nevezik. Jelöljük F és d - az erőt és annak vállát, akkor kapjuk:
M=Fd
Az erőnyomaték lehetővé teszi a teljes rendszer e tengelye körüli forgást. Élénk példák, amelyekben meg lehet figyelni az erő hatásának pillanatát: csavarkulccsal csavarja ki az anyát, vagy nyit egy ajtót olyan kilinccsel, amely távol van az ajtózsanéroktól.
A nyomaték vektormennyiség. A problémák megoldása során gyakran figyelembe kell venni annak előjelét. Emlékeztetni kell arra, hogy minden olyan erő, amely a testrendszert az óramutató járásával ellentétes irányban forog, egy +.
előjelű erőnyomatékot hoz létre.
Kiegyensúly
A fenti ábra egy tipikus kart mutat, és a rá ható erők meg vannak jelölve. Később a cikkben elhangzik, hogy ez -az első típusú tőkeáttétel. Itt az F és R betűk egy külső erőt, illetve a teher bizonyos súlyát jelölik. Azt is láthatja, hogy a támaszték el van tolva a középponttól, így a dF és dR karok hossza nem egyenlő egymással.
A statika azt mutatja, hogy a kar nem teljes mechanizmusként mozog, a rá ható erők összegének nullával kell egyenlőnek lennie. Csak kettőt vettünk észre közülük. Valójában van egy harmadik is, amely ezzel a kettővel ellentétes, és megegyezik az összegükkel – ez a támogató reakció.
Annak érdekében, hogy a kar ne végezzen forgó mozgásokat, szükséges, hogy az összes erőnyomaték összege nullával egyenlő legyen. A támasz reakcióerejének válla nulla, így pillanatnyit sem hoz létre. Fel kell írni az F és R erők nyomatékait:
RdR- FdF=0=>
RdR=FdF
Rögzített kar egyensúlyi feltétel képletként, adott is:
dR/dF=F/R
Ez az egyenlőség azt jelenti, hogy ahhoz, hogy a kar ne forogjon, a külső erőnek annyiszor nagyobbnak (kisebbnek) kell lennie, mint a felemelt teher súlyának, hányszor kisebbnek kell lennie ennek az erőnek a karjának (nagyobb), mint az a kar, amelyre a súly hat a rakományra.
A megadott megfogalmazás azt jelenti, hogy hányszor nyerünk az úton a vizsgált mechanizmus segítségével, ugyanannyit veszítünk erőben.
Első típusú kar
Az előző bekezdésben volt látható. Itt csak annyit mondunk, hogy egy ilyen típusú karnál a támaszték az F és R hatóerők között helyezkedik el. A karok hosszának arányától függően egy ilyen kar lehet.súlyemeléshez és testgyorsításhoz egyaránt használható.
A mechanikus mérleg, olló, szöghúzó, katapult az első típusú karok példái.
Egyensúly esetén két azonos hosszúságú karunk van, így a kar egyensúlyát csak akkor érjük el, ha az F és R erők egyenlőek egymással. Ezt a tényt az ismeretlen tömegű testek egy referenciaértékkel való összehasonlításával mérik.
Az olló és a körömhúzó kiváló példái annak, hogy megerősödik, de útközben veszít. Mindenki tudja, hogy minél közelebb van egy papírlap az olló tengelyéhez, annál könnyebben vágható. Éppen ellenkezőleg, ha olló hegyével próbál papírt vágni, akkor nagy a valószínűsége annak, hogy elkezdik "rágni". Minél hosszabb az olló vagy a körömhúzó markolata, annál könnyebb a megfelelő művelet végrehajtása.
Ami a katapultot illeti, ez egy szemléletes példája annak, hogy menet közben egy kar segítségével nyerünk, és így abban a gyorsulásban, amelyet a válla a lövedéknek ad.
Második típusú kar
A második típusú minden karban a tartó a gerenda egyik végének közelében található. Ez az elrendezés ahhoz vezet, hogy csak egy váll van a karnál. Ebben az esetben a teher súlya mindig a támasz és az F külső erő között helyezkedik el. A második típusú erők elrendezése a karban az egyetlen hasznos eredményhez vezet: erőnövekedéshez.
Példák az ilyen típusú emelésre a talicska, amelyet nehéz terhek szállítására használnak, és a diótörő. Mindkét esetben az útközbeni veszteségnek nincs negatív értéke. Tehát manuális eseténtalicskák, csak az a fontos, hogy a terhelést a súlyon tartsuk mozgás közben. Ebben az esetben az alkalmazott erő többszöröse a terhelés súlyának.
Harmadik típusú kar
Az ilyen típusú kar kialakítása sok tekintetben hasonlít az előzőhöz. A támasz ebben az esetben is a gerenda egyik végén található, és a karnak egyetlen karja van. A ható erők elhelyezkedése azonban teljesen más benne, mint egy második típusú karban. Az F erő alkalmazási pontja a teher súlya és a támaszték között van.
A lapát, a sorompó, a horgászbot és a csipesz feltűnő példái ennek a fajta tőkeáttételnek. Mindezekben az esetekben nyerünk az úton, de jelentős erővesztés következik be. Például egy nagy teher csipesszel való megtartásához nagy F erőt kell kifejtenie, így ennek az eszköznek a használata nem jelenti azt, hogy nehéz tárgyakat kell megfognia vele.
Befejezésül megjegyezzük, hogy minden típusú kar ugyanazon az elven működik. Nem adnak nyereséget az árumozgatási munkában, hanem csak lehetővé teszik, hogy ezt a munkát a kényelmesebb megvalósítás irányába ossza el.
