Die mensdom gebruik al lank eenvoudige masjiene en meganismes om fisiese arbeid makliker en eenvoudiger te maak. Een van hierdie meganismes is die hefboom. Wat is 'n hefboom in fisika, watter formule beskryf sy balans, en watter tipe hefbome is - al hierdie vrae word in die artikel onthul.
Konsep
'n Hefboom in fisika is 'n meganisme wat bestaan uit 'n balk of bord en een steun. Die steun verdeel gewoonlik die balk in twee ongelyke dele, wat hefboomarms genoem word. Laasgenoemde kan 'n rotasiebeweging om die steunpunt uitvoer.
Om 'n eenvoudige meganisme te wees, is die hefboom ontwerp om fisiese werk te verrig met wins, hetsy in krag of in transito. Die toegepaste kragte werk op die arms van die hefboom tydens die werking daarvan. Een daarvan is die krag van weerstand. Dit word geskep deur die gewig van die vrag wat geskuif (gelig) moet word. Die tweede krag is een of ander eksterne krag, wat in die meeste gevalle met behulp van mensehande op die hefboomarm toegepas word.
Die prentjie hierbo toon 'n tipiese hefboom mettwee skouers. Later in die artikel sal verduidelik word hoekom dit na hefboomfinansiering van die tweede soort verwys.
Die hefboomreël lyk soos volg:
ForceForce arm=LaaiLaai arm
Moment of force
Kom ons maak 'n bietjie afwyking van die tema van die hefboom in fisika en oorweeg 'n belangrike fisiese hoeveelheid om die werking daarvan te verstaan. Dit gaan oor die oomblik van krag. Dit is die produk van die krag en die lengte van die arm van die toepassing daarvan, wat wiskundig soos volg geskryf is:
M=Fd
Dit is belangrik om nie te verwar nie, die arm van die krag d en die arm van die hefboom, in die algemeen, dit is verskillende konsepte.
Die oomblik van krag toon die vermoë van laasgenoemde om 'n draai in die stelsel te maak. So, baie mense weet dat dit baie makliker is om die deur aan die handvatsel oop te maak as om dit naby die skarniere te druk, of dit is makliker om die moer op die bout met 'n lang moersleutel los te skroef as met 'n kort een.
Moment van krag is 'n vektor. Om die werking van 'n eenvoudige hefboommeganisme in fisika te verstaan, is dit genoeg om te weet dat die oomblik as positief beskou word as die krag geneig is om die hefboomarm antikloksgewys te draai. As dit geneig is om 'n draai in die rigting van die kloksgewyse rigting te maak, moet die oomblik met 'n minusteken geneem word.
Hefboombalans in fisika
Om dit makliker te maak om te verstaan onder watter toestand die hefboom in balans sal wees, oorweeg die volgende figuur.
Twee kragte word hier getoon: 'n las R en 'n eksterne krag F toegepas om dit te oorkomvragte. Die wapens van hierdie magte is onderskeidelik gelyk aan dR en dF. Trouens, daar is nog 'n krag - die reaksie van die ondersteuning, wat vertikaal opwaarts optree by die kontakpunt tussen die balk en die ondersteuning van die hefboom. Aangesien die skouer van hierdie krag gelyk is aan nul, sal dit nie verder oorweeg word wanneer die ewewigstoestand bepaal word nie.
Volgens statika is die rotasie van die stelsel onmoontlik as die som van die momente van eksterne kragte gelyk is aan nul. Kom ons skryf die som van hierdie oomblikke, met inagneming van hul teken:
RdR- FdF=0.
Die geskrewe gelykheid weerspieël die voldoende ewewigstoestand vir die hefboom. As nie twee kragte op die hefboom inwerk nie, maar meer, dan sal hierdie toestand steeds bly. Slegs in plaas van die som van twee momente van kragte, sal dit nodig wees om die som van al die momente van die werkende kragte te vind en hulle gelyk te stel aan nul.
Die oorwinning is sterk en op pad
Die uitdrukking vir die momente van hefboomkragte in fisika, wat in die vorige paragraaf geskryf is, sal in die volgende vorm herskryf word:
RdR=FdF
Van die bogenoemde formule volg:
dR / dF=F / R.
Hierdie gelykheid sê dat om balans te handhaaf, dit nodig is dat die krag F soveel keer groter is as die gewig van die las R, hoeveel keer sy arm dF minder as die arm d R. Aangesien die groter arm in die proses om die hefboom te beweeg 'n langer pad loop as die kleiner arm, kry ons die geleentheid om dieselfde werk op twee maniere met die hefboom te verrig:
- pas meer krag F toe en beweeg die skouer nakort afstand;
- pas 'n klein krag F toe en beweeg die skouer 'n lang afstand.
In die eerste geval praat mens van 'n wins op pad in die proses om die las R te verskuif, in die tweede geval verkry 'n mens 'n wins in sterkte, aangesien F < R.
Waar word hefboomfinansiering gebruik en wat is dit?
Afhangende van die toepassingspunt van hefboomkragte in fisika en van die posisie van die steun, kan die eenvoudigste meganisme van drie tipes wees:
- Dit is 'n twee-arm hefboom, waarin die ondersteuningsposisie eweredig van albei kante van die balk verwyder word. Afhangende van die verhouding van die lengtes van die arms, laat hierdie tipe hefboom jou toe om beide in die manier en in sterkte te wen. Voorbeelde van die gebruik daarvan sluit in skubbe, tang, skêr, 'n spykertrekker, 'n babaswaai.
- Die hefboom van die tweede soort is enkelarm, dit wil sê die steun is naby een van sy ente geleë. In hierdie geval word die eksterne krag op die ander kant van die balk toegepas, en die laskrag tree tussen die ondersteuning en die eksterne krag in, wat jou toelaat om in hierdie einste krag te wen. 'n Kruiwa of 'n neutkraker is uitstekende voorbeelde van hierdie soort hefboomwerking.
- Die derde tipe meganisme word voorgestel deur voorbeelde soos 'n visstok of pincet. Hierdie hefboom is ook enkelarm, maar die uitwendige toegepaste krag is reeds nader aan die steun as die punt van aanwending van die las. Hierdie ontwerp van 'n eenvoudige meganisme laat jou toe om op die pad te wen, maar verloor in krag. Daarom is dit moeilik om 'n klein vissie op die gewig aan die punt van 'n visstok of 'n swaar voorwerp met 'n pincet vas te hou.
Om te herhaal, 'n hefboom in fisika laat net toemaak dit gerieflik om hierdie of daardie werk te verrig om goedere te verskuif, maar laat jou nie toe om in hierdie werk te wen nie.
