Mesin moden mempunyai reka bentuk yang agak kompleks. Walau bagaimanapun, prinsip operasi sistem mereka adalah berdasarkan penggunaan mekanisme mudah. Salah satunya ialah tuas. Apakah yang diwakilinya dari sudut pandangan fizik, dan juga, di bawah keadaan apakah tuas dalam keseimbangan? Kami akan menjawab soalan ini dan soalan lain dalam artikel.
Tuas dalam fizik
Semua orang mempunyai idea yang baik tentang jenis mekanismenya. Dalam fizik, tuil adalah struktur yang terdiri daripada dua bahagian - rasuk dan sokongan. Rasuk boleh menjadi papan, rod, atau apa-apa objek pepejal lain yang mempunyai panjang tertentu. Sokongan, yang terletak di bawah rasuk, adalah titik keseimbangan mekanisme. Ia memastikan tuil mempunyai paksi putaran, membahagikannya kepada dua lengan dan menghalang sistem daripada bergerak ke hadapan di angkasa.
Manusia telah menggunakan tuas sejak zaman dahulu, terutamanya untuk memudahkan kerja mengangkat beban berat. Walau bagaimanapun, mekanisme ini mempunyai aplikasi yang lebih luas. Jadi ia boleh digunakan untuk memberikan beban dorongan yang besar. Contoh utama aplikasi sedemikianialah lastik zaman pertengahan.
Daya yang bertindak pada tuil
Untuk memudahkan mempertimbangkan daya yang bertindak pada lengan tuil, pertimbangkan rajah berikut:
Kami melihat bahawa mekanisme ini mempunyai lengan yang berbeza panjang (dR<dF). Dua daya bertindak pada tepi bahu, yang diarahkan ke bawah. Daya luaran F cenderung untuk mengangkat beban R dan melakukan kerja yang berguna. Beban R menahan daya angkat ini.
Malah, terdapat kuasa ketiga yang bertindak dalam sistem ini - tindak balas sokongan. Walau bagaimanapun, ia tidak menghalang atau menyumbang kepada putaran tuil di sekeliling paksi, ia hanya memastikan keseluruhan sistem tidak bergerak ke hadapan.
Oleh itu, baki tuil ditentukan oleh nisbah dua daya sahaja: F dan R.
Keadaan keseimbangan mekanisme
Sebelum menulis formula imbangan untuk tuil, mari kita pertimbangkan satu ciri fizikal penting bagi gerakan putaran - momen daya. Ia difahami sebagai hasil darab bahu d dan daya F:
M=dF.
Formula ini sah apabila daya F bertindak berserenjang dengan lengan tuil. Nilai d menerangkan jarak dari titik tumpu (paksi putaran) ke titik penggunaan daya F.
Mengingat statik, kami perhatikan bahawa sistem tidak akan berputar di sekeliling paksinya jika jumlah semua momennya adalah sama dengan sifar. Apabila mencari jumlah ini, tanda momen kekerasan juga harus diambil kira. Jika daya yang dimaksudkan cenderung untuk membuat pusingan lawan jam, maka saat ia tercipta akan menjadi positif. Jika tidak, apabila mengira momen daya, ambil dengan tanda negatif.
Menggunakan syarat keseimbangan putaran di atas untuk tuil, kami memperoleh kesamaan berikut:
dRR - dFF=0.
Mengubah kesaksamaan ini, kita boleh menulisnya seperti ini:
dR/dF=F/R.
Ungkapan terakhir ialah formula imbangan tuil. Kesaksamaan mengatakan bahawa: lebih besar leverage dF berbanding dR, semakin kurang daya F perlu digunakan untuk mengimbangi beban R.
Formula untuk keseimbangan tuas yang diberikan menggunakan konsep momen daya mula-mula diperoleh secara eksperimen oleh Archimedes pada abad ke-3 SM. e. Tetapi dia mendapatnya secara eksklusif melalui pengalaman, kerana pada masa itu konsep momen daya belum diperkenalkan ke dalam fizik.
Syarat bertulis baki tuil juga membolehkan anda memahami mengapa mekanisme mudah ini memberikan kemenangan sama ada dalam cara atau kekuatan. Hakikatnya ialah apabila anda memusingkan lengan tuil, jarak yang lebih jauh bergerak lebih jauh. Pada masa yang sama, daya yang lebih kecil bertindak ke atasnya daripada daya yang pendek. Dalam kes ini, kita mendapat keuntungan dalam kekuatan. Jika parameter bahu dibiarkan sama, dan beban serta daya diterbalikkan, maka anda akan mendapat keuntungan dalam perjalanan.
Masalah keseimbangan
Panjang rasuk lengan ialah 2 meter. Sokonganterletak pada jarak 0.5 meter dari hujung kiri rasuk. Adalah diketahui bahawa tuil berada dalam keseimbangan dan daya 150 N bertindak pada bahu kirinya. Berapakah jisim yang harus diletakkan pada bahu kanan untuk mengimbangi daya ini.
Untuk menyelesaikan masalah ini, kami menggunakan peraturan imbangan yang telah ditulis di atas, kami mempunyai:
dR/dF=F/R=>
1, 5/0, 5=150/R=>
R=50 N.
Oleh itu, berat beban hendaklah sama dengan 50 N (tidak boleh dikelirukan dengan jisim). Kami menterjemah nilai ini ke dalam jisim yang sepadan menggunakan formula graviti, kami mempunyai:
m=R/g=50/9, 81=5.1kg.
Badan seberat 5.1 kg sahaja akan mengimbangi daya 150 N (nilai ini sepadan dengan berat badan seberat 15.3 kg). Ini menunjukkan peningkatan kekuatan tiga kali ganda.
