Manusia telah lama menggunakan mesin dan mekanisme ringkas untuk menjadikan kerja fizikal lebih mudah dan ringkas. Salah satu mekanisme ini ialah tuil. Apakah itu tuas dalam fizik, apakah formula yang menerangkan keseimbangannya dan apakah jenis tuas - semua soalan ini didedahkan dalam artikel.
Konsep
Tuas dalam fizik ialah mekanisme yang terdiri daripada rasuk atau papan dan satu sokongan. Sokongan biasanya membahagikan rasuk kepada dua bahagian yang tidak sama, yang dipanggil lengan tuil. Yang terakhir boleh melakukan pergerakan putaran mengelilingi titik tumpu.
Sebagai mekanisme yang mudah, tuil direka untuk melakukan kerja fizikal dengan keuntungan sama ada dalam kuasa atau dalam transit. Daya yang dikenakan bertindak pada lengan tuil semasa operasinya. Salah satunya ialah kuasa penentangan. Ia dicipta oleh berat beban yang perlu dialihkan (diangkat). Daya kedua ialah beberapa daya luaran, yang dalam kebanyakan kes digunakan pada lengan tuil dengan bantuan tangan manusia.
Gambar di atas menunjukkan tuas biasa dengandua bahu. Kemudian dalam artikel itu akan diterangkan mengapa ia merujuk kepada leverage jenis kedua.
Peraturan tuas kelihatan seperti ini:
PaksaPaksa lengan=MuatkanMuatkan lengan
Detik daya
Mari kita buat sedikit penyelewengan daripada tema tuil dalam fizik dan pertimbangkan kuantiti fizik yang penting untuk memahami operasinya. Ia mengenai momen kekerasan. Ia ialah hasil darab daya dan panjang lengan penggunaannya, yang ditulis secara matematik seperti berikut:
M=Fd
Adalah penting untuk tidak mengelirukan, lengan daya d dan lengan tuas, secara umum, ini adalah konsep yang berbeza.
Momen daya menunjukkan keupayaan yang terakhir untuk membuat pusingan dalam sistem. Jadi, ramai orang tahu bahawa adalah lebih mudah untuk membuka pintu dengan pemegang daripada menolaknya rapat dengan engsel, atau lebih mudah untuk membuka nat pada bolt dengan sepana yang panjang berbanding dengan yang pendek.
Momen daya ialah vektor. Untuk memahami operasi mekanisme tuas mudah dalam fizik, cukup untuk mengetahui bahawa momen itu dianggap positif jika daya cenderung untuk memutar lengan tuil mengikut arah jam. Jika ia cenderung untuk membuat pusingan mengikut arah arah jam, maka momen itu hendaklah diambil dengan tanda tolak.
Imbangan tuas dalam fizik
Untuk memudahkan pemahaman dalam keadaan apa tuil akan berada dalam keseimbangan, pertimbangkan angka berikut.
Dua daya ditunjukkan di sini: beban R dan daya luaran F digunakan untuk mengatasi inibebanan. Lengan kuasa ini adalah sama dengan dR dan dF, masing-masing. Malah, terdapat satu lagi daya - tindak balas sokongan, yang bertindak menegak ke atas pada titik sentuhan antara rasuk dan sokongan tuil. Oleh kerana bahu daya ini bersamaan dengan sifar, ia tidak akan dipertimbangkan lagi apabila menentukan keadaan keseimbangan.
Mengikut statik, putaran sistem adalah mustahil jika jumlah momen daya luar adalah sama dengan sifar. Mari kita tulis jumlah detik ini, dengan mengambil kira tandanya:
RdR- FdF=0.
Kesamaan bertulis menggambarkan keadaan keseimbangan yang mencukupi untuk tuil. Jika tidak dua daya bertindak pada tuil, tetapi lebih banyak, maka keadaan ini masih akan kekal. Hanya daripada jumlah dua momen daya, adalah perlu untuk mencari jumlah semua momen daya yang bertindak dan menyamakannya dengan sifar.
Kemenangan adalah kuat dan dalam perjalanan
Ungkapan untuk momen daya tuas dalam fizik, yang telah ditulis dalam perenggan sebelumnya, akan ditulis semula dalam bentuk berikut:
RdR=FdF
Daripada formula di atas berikut:
dR / dF=F / R.
Kesamaan ini mengatakan bahawa untuk mengekalkan keseimbangan, adalah perlu bahawa daya F adalah sebanyak kali lebih besar daripada berat beban R, berapa kali lengannya dF kurang daripada lengan d R. Memandangkan lengan yang lebih besar dalam proses menggerakkan tuil bergerak lebih jauh daripada lengan yang lebih kecil, kami mendapat peluang untuk melakukan kerja yang sama menggunakan tuil dalam dua cara:
- kenakan lebih banyak daya F dan gerakkan bahu kejarak dekat;
- kenakan daya kecil F dan gerakkan bahu dalam jarak yang jauh.
Dalam kes pertama, seseorang bercakap tentang keuntungan dalam perjalanan dalam proses menggerakkan beban R, dalam kes kedua, seseorang memperoleh keuntungan dalam kekuatan, sejak F < R.
Di manakah leverage digunakan dan apakah itu?
Bergantung pada titik penggunaan daya tuil dalam fizik dan pada kedudukan sokongan, mekanisme paling mudah boleh terdiri daripada tiga jenis:
- Ini ialah tuas dua lengan, di mana kedudukan sokongan sama-sama dikeluarkan dari kedua-dua hujung rasuk. Bergantung pada nisbah panjang lengan, tuil jenis ini membolehkan anda menang dalam cara dan kekuatan. Contoh penggunaannya termasuk penimbang, playar, gunting, penarik kuku, buaian bayi.
- Tuas jenis kedua ialah lengan tunggal, iaitu sokongan terletak berhampiran salah satu hujungnya. Dalam kes ini, daya luaran dikenakan pada hujung rasuk yang lain, dan daya beban bertindak antara sokongan dan daya luaran, yang membolehkan anda menang dalam daya ini. Kereta sorong atau pemecah kacang adalah contoh utama leverage jenis ini.
- Mekanisme jenis ketiga diwakili oleh contoh seperti pancing atau pinset. Tuas ini juga lengan tunggal, tetapi daya gunaan luaran sudah lebih dekat dengan sokongan daripada titik penggunaan beban. Reka bentuk mekanisme mudah ini membolehkan anda menang di jalan raya, tetapi kalah dalam kekuatan. Itulah sebabnya sukar untuk memegang ikan kecil pada berat di hujung pancing atau objek berat dengan pinset.
Untuk mengulangi, tuas dalam fizik hanya membenarkanmemudahkan anda melakukan kerja memindahkan barang ini atau itu, tetapi tidak membenarkan anda menang dalam kerja ini.
