Рычаг и момент силы

С развитием цивилизации человечество нуждалось в приспособлениях, которые бы увеличивали человеческую силу. Это было необходимо при строительстве, подъеме различных тяжестей.

Например, для поднятия тяжелого камня, который человек не в состоянии поднять без приспособлений используют длинную палку — рычаг.

Рычаг — является составной частью почти каждой современной машины, станка, механизма. Экскаватор роет канаву — его железная “рука” с ковшом действует как рычаг. Шофёр меняет скорость автомобиля с помощью рычага переключения скоростей. Вскапывая грядки на огороде, лопата в наших руках тоже становится рычагом. Всевозможные коромысла, рукоятки и вороты всё это рычаги.

Так в древнем Египте с помощью рычагов были подняты тяжелые каменные глыбы во время строительства пирамид

Однажды Архимед сказал: «Дайте мне точку опоры, и я переверну Землю».

Рычагом называют любое твердое тело, которое может вращаться вокруг неподвижной оси или точки опоры. 

Точкой «О» обозначается неподвижная опора. В зависимости от того как расположены силы различают рычаг первого и второго рода.

Рычаг первого рода — силы направлены по разные стороны от опоры «О».

Рычаг второго рода — силы направлены по одну сторону от опоры «О».

Давайте рассмотрим с вами cхематично нарисованную качель

Если мы с одной стороны на эту качель поставим взрослого человека, а на другую сторону мы поставим ребенка, то взрослый человек у нас перевесит.

Пусть масса взрослого человека будет в 2 раза больше, чем масса ребенка. Массу ребенка мы обозначим m , а массу взрослого человека 2m. И сила тяжести, которая действует на взрослого человека будет в 2 раза больше силы тяжести, которая действует со стороны ребенка.

Если взрослый человек будет смещаться в сторону неподвижной опоры, то в определенной точке качель снова придет в равновесие. 

Это значит, что большая сила тяжести, которая действует на взрослого человека будет уравновешена меньшей силой тяжести, которая действует на ребенка.

Давайте обозначим расстояние от ребенка до неподвижной опоры L1. Расстояние от неподвижной опоры до взрослого человека L2. 

Длину перпендикуляра, проведенного от оси вращения рычага до линии действия силы, называют плечом силы.

Качель это у нас пример рычага и чтобы рычаг находился в равновесии должно выполняться следующее равенство: отношение сил F1 к F2 равняется обратному отношению расстояния L2 к L1.

Рычаг находится в равновесии тогда, когда силы, действующие на него, обратно пропорциональны плечам этих сил.

Используя свойство пропорции можем получить:

Произведение модуля силы на ее плечо — новая физическая величина. Момент силы — физическая величина, равная произведению модуля силы на ее плечо. Момент силы — одна из основных величин изучаемых в курсе физики, эта физическая величина характеризует действие силы, показывает, что оно зависит от модуля силы и от ее плеча.

За единицу момента силы принято принимать момент силы в  1 Н, плечо которой равно 1 м. Единица момента силы в СИ — ньютон-метр (H * м). Моментом силы характеризует способность силы вращать тело. 

Рычаг находится в равновесии под действием двух сил, если момент силы, вращающей его по ходу часовой стрелки, равен моменту силы, вращающей его против хода часовой стрелки. Это правило называют правилом моментов. Выражается оно в виде формулы: М₁ = М₂

Моменты сил на рисунке выше равны при равновесии рычага. 

В каком случае нести груз будет легче ? 

Момент силы слева будет меньше, чем справа. Соответственно слева нести груз будет проще.

С рычагами мы ежедневно встречаемся в быту. Например ножницы. Ось вращения ножниц проходит через винт. В ножницах, которые предназначены только для резки бумаги, ручки расположены недалеко от винта, т.е. плечо невелико, ведь для резки бумаги не нужно прикладывать много усилий, режущие части могут быть достаточной длины.

А вот ножницы для резки металлов или подрезки кустов имеют значительное большее плечо, тк на выходе должна быть значительная сила, чтобы можно было справиться с сопротивлением материала. Режущие части — короткие.