Рычаги (решения)

728. Спичка ломается в точке опоры под действием момента приложенной силы. Считаем спичку однородной, т. е. чтобы разломить ее в разных частях, требуется создать один и тот же момент силы. Так как произведение силы на плечо должно оставаться постоянным, то чем короче спичка (плечо), тем большую силу необходимо приложить, чтобы создать требуемый для перелома момент силы.

729. Дверь — это физическое тело, имеющее ось вращения. Чтобы заставить дверь вращаться, к ней необходимо приложить силу в определенном месте, которое будет.определять момент силы, вращающий дверь. Желая открыть дверь, стараются приложить силу как можно дальше от оси вращения. При этом с помощью небольшой силы создается значительный вращающий момент. Этот момент необходимо создать не только для того, чтобы преодолеть сопротивление сил трения в петлях двери, но и чтобы преодолеть инерционность, свойственную всем физическим телам.

730. Условие равновесия рычага гласит, что рычаг находится в равновесии, если приложенные к нему силы обратно пропорциональны их плечам. Из рис. 202 видно, что плечо АО меньше плеча ВО. Следовательно, сила, приложенная к точке А, должна быть больше силы, приложенной к точке В. На рисунке же силы изображены одинаковыми.

731. При подъеме груза-на кран действует момент силы тяжести груза, который стремится опрокинуть кран в сторону груза. Чтобы увеличить массу поднимаемого груза, на кране устанавливают противовес. Он создает момент силы, который уравновешивает в значительной степени опрокидывающий момент стрелы с грузом. Массу противовеса и место его расположения выбирают так, чтобы он не опрокидывал порожний кран.

732. а) Точка опоры — место подвеса весов. Плечи рычага приблизительно считаем равными половине его длины. Силы направлены вниз;

б) точка опоры — конец стержня, лежащий на столе. Одно плечо равно расстоянию от точки опоры до точки подвеса груза, второе плечо равно длине стержня. Сила со стороны груза действует вниз, а сила со стороны пальца — вверх;

в) точка опоры — конец стержня, упирающийся в крышку стола. Одно плечо равно расстоянию от точки опоры до места обхвата стержня рукой. Второе плечо равно расстоянию от точки опоры до точки подвеса груза. Сила со стороны руки направлена вверх, а сила со стороны груза — вниз;

г) точка опоры — локтевой сустав. Одно плечо — расстояние от сустава до центра ладони, второе плечо — расстояние от сустава до места прикрепления мышцы. Сила со стороны мышцы направлена вверх, а со стороны шара вниз;

д) ось вращения — ось резьбовой шпильки. Одно плечо равно .расстоянию от оси шпильки до места обхвата ключа рукой. Другое плечо примерно равно радиусу шпильки. Сила трения между гайкой и шпилькой направлена в сторону, противоположную направлению вращения гайки (направлению силы со стороны руки);

е) точка опоры — место, где доска опирается о козлы. Левое плечо — расстояние от точки опоры до точки, лежащей между детьми. Правое плечо — расстояние от точке опоры до мальчика. Обе силы направлены вниз;

ж) ось вращения (точка опоы) — ось, за которую ручка крепится к насосу. Левое плечо — расстояние по горизонтали от точки опоры до штока поршня насоса. Правое плечо — расстояние вдоль ручки от точки опоры до места обхвата ручки насоса рукой. Сила со стороны штока направлена вертикально. Сила со стороны руки направлена перпендикулярно ручке. Обе силы направлены либо вверх, либо вниз;

з) точка опоры — ось крепления линейки к штативу. Одно плечо равно 4 делениям, а второе — 6. Сила со стороны грузиков направлена вниз, а со стороны динамометра — вверх.

733. Ножницы представляют собой как бы два рычага, скрепленных на общей оси вращения. К одному концу этих рычагов прикладывается сила со стороны руки человека, а к другому — сила сопротивления со стороны разрезаемого предмета. Разрезание бумаги и ткани не требует значительных усилий. Поэтому соотношение плеч (короткие ручки и длинные лезвия) подобрано таким образом, чтобы усилий пальцев рук хватало для удобной работы. Разрезание листового металла требует больших усилий, поэтому соотношение плеч (длинные ручки и короткие лезвия) подобрано так, чтобы получить выигрыш в силе за счет короткого разреза.

734. Как уже говорилось в предыдущей задаче, работу ножниц можно описать, представляя их в виде двух рычагов, скрепленных на общей оси вращения. Ручки ножниц (одно плечо) имеют фиксированную длину. Второе плечо этих рычагов — переменное. Оно равно расстоянию от оси ножниц до точки резания. Именно в этом месте приложена сила сопротивления разрезаемого материала. Во время резания рычаги находятся как бы в равновесии. То есть момент силы давления со стороны руки равен или превосходит момент силы сопротивления материала. По мере резания момент силы сопротивления (она постоянна) увеличивается за счет увеличения плеча (точка резания перемещается от оси ножниц к концам лезвий). Соответственно должен увеличиваться и момент силы давления руки. Но он может увеличиваться только за счет увеличения величины силы (плечо постоянно). Поэтому наименьшую силу нужно прикладывать, когда картон расположен ближе к середине, а не к концам ножниц.

735. Для того, чтобы затянуть сайку, необходимо создать определенный момент сил. Обычно прикладывают пару сил на противоположных концах гайки. Момент пары сил F равен М = Fd, где d — плечо пары, кратчайшее расстояние между линиями действия сил. Чем больше плечо d, тем меньшую пару сил F необходимо приложить, чтобы затянуть гайку. Для этой цели на гайке-барашке и делают лопасти. Усилий пальцев при этом хватает, чтобы затянуть гайку, не используя ключи.

<<< К началу Решения (продолжение) >>>