Глава 1. Механические явления

Правило равновесия рычага

4. На основании подобных опытов более двух тысяч лет назад древнегреческим учёным Архимедом было установлено правило:

рычаг находится в равновесии, если силы, действующие на него, обратно пропорциональны плечам этих сил.

Это правило (условие) равновесия рычага записывают в виде формулы:

правило равновесия рычага

где F₁ и F₂ — силы, действующие на рычаг, l₁ и l₂ — плечи этих сил.

Зная правило равновесия рычага, можно объяснить, как с помощью простого механизма получить выигрыш в силе. Если к длинному концу рычага приложить небольшую силу, то можно уравновесить гораздо большую силу, приложенную к короткому концу рычага.

5. Как можно объяснить выигрыш в силе в примере с тачкой (см. рис. 93), используя правило равновесия рычага?

Силы ₁ и ₂, действующие на тачку, параллельны друг другу и направлены в противоположные стороны. Сила ₂ стремится вращать рычаг по ходу часовой стрелки, а сила ₁ — против её хода.

Плечи сил ₁ и ₂ соответственно равны l₁ и l₂. По правилу равновесия рычага плечо l₂ много меньше плеча l₁, следовательно, чтобы уравновесить рычаг, сила ₁ может быть меньше ₂. Выигрыш в силе очевиден.

6. В основе действия многих машин и механизмов, используемых в быту и технике, лежит правило равновесия рычага. Вы уже знакомы с устройством и принципом действия рычажных весов. Они именно так и называются — «рычажные весы», потому что их основной элемент — рычаг.

Рассмотрите внимательно обычные ножницы (рис. 96). Они представляют собой пару рычагов, скреплённых в точке О, относительно которой они могут вращаться. Будем считать, что рычаг CD остаётся в покое, а к концу рычага АВ в точке А прикладывается сила ₁ — сила пальцев человека, работающего ножницами. Сила ₂, действующая со стороны рычага на листок бумаги, окажется много больше приложенной силы ₁. На том же принципе основана работа и многих других инструментов: клещей, плоскогубцев, садового секатора и пр.

Рис. 96

Рычаг встречается повсеместно в живой и неживой природе. Объясняя, например, причину падения деревьев во время урагана, придётся вспомнить о правиле равновесия рычага. Сила сопротивления земли (₂), действующая на корни дерева (рис. 97), может в какой-то момент оказаться недостаточной, чтобы удержать дерево в равновесии, и дерево упадёт под напором порыва ветра (сила ₁).

Рис. 97

В организме человека и животного, в теле птиц и насекомых очень много различных рычагов. Только в вашем теле более 200 различных костных рычагов. Очень интересный вывод можно сделать, рассмотрев действие рычага в локтевом суставе человека (рис. 98). В этом рычаге точка опоры (точка О) находится в суставе. Вес груза ₂ приложен к концу рычага, а сила ₁, необходимая для удержания груза, приложена вблизи от точки О. Сила ₁ возникает благодаря сокращению мышц руки человека. В соответствии с правилам равновесия рычага сила ₁ должна быть много больше силы ₂, так как плечо l₁ намного меньше плеча l₂. В данном случае рычаг даёт проигрыш в силе, но выигрыш в расстоянии. Оказывается, сила мышц руки человека гораздо больше веса груза, который он поднимает рукой.

Рис. 98

<<< К началу Окончание >>>