Параграф 53 Физика 7 класс Пёрышкин | Конспект

Рычаг. Равновесие сил на рычаге

При рассмотрении равновесия сил на рычаге важно учитывать правило уравновешивания противоположных сил. Когда на тело действуют две одинаковые по величине, но противоположные по направлению силы, они уравновешивают друг друга только в случае, если расположены на одной прямой линии. В этом случае тело остается в состоянии покоя и не вращается. Однако если силы приложены на разном расстоянии от оси вращения, возникает момент сил, который приводит к вращению рычага. Принцип равновесия сил на рычаге часто встречается в бытовых ситуациях, таких как использование качелей или балансировка предметов. Важно учитывать расстояние от точки приложения силы до оси вращения, так как именно оно определяет, возникнет ли вращение. Для лучшего понимания этого принципа можно провести опыт с карандашом или линейкой, как описано в тексте.

Действие двух сил на тело

Если на тело воздействуют две силы, направленные в противоположные стороны, но не на одной прямой линии, они создают момент сил, который приводит к вращению тела. В этом случае важен не только модуль силы, но и то, на каком расстоянии от точки вращения она приложена. На рисунке 169 показан пример, где две равные силы приложены по разные стороны от оси, но на разном расстоянии, что вызывает вращение объекта. В подобной ситуации сила, приложенная на большем расстоянии, создает больший момент, поэтому тело начинает вращаться в сторону этой силы. Чтобы уравновесить такое тело, необходимо изменить соотношение плеч сил или их величину. Это правило действует не только на обычные предметы, но и на человеческое тело, когда, например, человек пытается удержать равновесие на одной ноге или при выполнении гимнастических упражнений.

Равновесие рычага с осью вращения

Равновесие рычага зависит от соотношения сил и их плеч относительно оси вращения. На рисунке 170 показан пример, когда несколько грузов уравновешивают друг друга, создавая моменты сил, равные по величине. Это достигается за счет правильного расположения грузов: сила F1 действует на расстоянии L1 от оси, а сила F2 — на расстоянии L2. Если произведение силы на расстояние одинаково для обеих сторон, рычаг остается в равновесии. Например, если на одну сторону рычага подвесить груз массой 100 г, а на другую — два груза по 50 г, рычаг не будет наклоняться. В противном случае, если один из грузов будет смещен, рычаг начнет вращаться в сторону большей силы. Этот принцип используется в различных механизмах, таких как весы, рычажные подъемники и строительные краны.

Равновесие рычага. Условие равновесия

Равновесие рычага описывается формулой F1/F2 = L2/L1, что означает, что силы, действующие на рычаг, обратно пропорциональны плечам этих сил. Это условие известно как правило рычага. Оно применимо как для рычагов первого рода (с осью между силами), так и для рычагов второго рода (с осью на одном из концов рычага). Правило было впервые описано Архимедом и позволяет объяснить, почему меньшая сила может уравновесить большую, если она приложена на большее расстояние от точки опоры. Например, при поднятии тяжестей с помощью длинного рычага человек может приложить небольшую силу и при этом поднять тяжелый предмет. Это условие равновесия используется в конструкции механизмов и инструментов, таких как домкраты, рычажные весы и педальные системы.

Применение рычагов

Рычаги широко применяются в различных сферах жизни. Они используются для подъема и перемещения тяжелых объектов, в спортивных тренажерах, в быту и на производстве. Примером применения рычагов может служить использование рычажного домкрата для подъема автомобиля. Домкрат позволяет человеку, приложив небольшое усилие, поднять тяжелую машину. Другим примером являются строительные краны, которые поднимают грузы на большую высоту за счет использования системы рычагов и противовесов. Рычаги также помогают увеличивать силу при выполнении физических упражнений или работе с инструментами. Понимание принципа равновесия на рычаге позволяет более эффективно использовать эти инструменты, снижая затраты энергии и усилий.