Простые механизмы: рычаг, равновесие сил на рычаге. Исследуем механизм "Рычаг. Виды рычагов. Рычаги в быту человека"
Рычагом называют твердое тело, которое может вращаться вокруг неподвижной точки. Неподвижную точку называют точкой опоры . Расстояние от точки опоры до линии действия силы называют плечом этой силы.
Условие равновесия рычага : рычаг находится в равновесии, если приложенные к рычагу силы F 1 и F 2 стремятся вращать его в противоположных направлениях, причем модули сил обратно пропорциональны плечам этих сил: F 1 /F 2 = l 2 /l 1 Это правило было установлено Архимедом. По легенде он воскликнул: Дайте мне точку опоры и я подниму Землю .
Для рычага выполняется «золотое правило» механики (если можно пренебречь трением и массой рычага).
Прикладывая к длинному рычагу некоторую силу, можно другим концом рычага поднимать груз, вес которого намного превышает эту силу. Это означает, что, используя рычаг, можно получить выигрыш в силе. При использовании рычага выигрыш в силе обязательно сопровождается таким же проигрышем в пути.
Момент силы. Правило моментов
Произведение модуля силы на ее плечо называют моментом силы . M = Fl , где М - момент силы, F - сила, l - плечо силы.
Правило моментов : рычаг находится в равновесии, если сумма моментов сил, стремящихся вращать рычаг в одном направлении, равна сумме моментов сил, стремящихся вращать его в противоположном направлении. Это правило справедливо для любого твердого тела, способного вращаться вокруг закрепленной оси.
Момент силы характеризует вращающее действие силы . Это действие зависит как от силы, так и от ее плеча. Именно поэтому, например, желая открыть дверь, стараются приложить силу как можно дальше от оси вращения. С помощью небольшой силы при этом создают значительный момент, и дверь открывается. Открыть ее, оказывая давление около петель, значительно труднее. По той же причине гайку легче отворачивать более длинным гаечным ключом, шуруп легче вывернуть с помощью отвертки с более широкой ручкой и т. д.
Единицей момента силы в СИ является ньютон-метр (1 Н*м). Это момент силы 1 Н, имеющей плечо 1 м.
28 апреля в школе будет проходить научно-практическая конференция НОУ "Спектр".
Немного истории
Давным-давно, еще в 2005 году мы с моими учениками в школе организовали научное общество "Пифагорёнок", где занимались различной деятельностью от разбора олимпиадных задач, до исследовательских работ. Ежегодно, привлекая и других математиков школы, проводили конференции, затем вывозили ребят на конференции в Нальчик. Ежегодно наши ребята занимали призовые места на республиканских конкурсах. Все было как надо, у нас был свой устав, программа, требования. В конце года подводили итоги и каждому члену НОУ присваивались академические звания:
- «почетный академик» - победителям и призерам международных и российских, республиканских предметных олимпиад, смотров, конкурсов;
- «академик» - призерам областных и городских предметных олимпиад, конкурсов, смотров;
- «магистр» - победителям школьных олимпиад, смотров, конкурсов;
- «бакалавр» - призерам школьных олимпиад, смотров, конкурсов.
О нашем обществе тогда знали все. Гудели. На конференции в Нальчике как-то нам сказали, что не могут нам каждый раз давать призовые места, не вести много работ на конкурс. Что тоже сыграло свою роль. Когда член жюри, республиканского конкурса, при детях говорит "Ваши работы самые лучшие, но мы не можем дать больше одного места" ....
http://alfusja-bahova.ucoz.ru/index/nou_quot_pifagorenok_quot/0-5
Кстати, все ребята, которые тогда занимались в научном обществе без труда поступили в лучшие технические ВУЗы Москвы и Питера, на данный момент закончили успешно университеты. А одну девочку оставили в университете в Питере (не могу сейчас точно назвать названия вузов). Горжусь своими ребятами.
Но всему приходит конец. И нашему НОУ тоже. За эту работу мне никто ничего не оплачивал, а как только стали за это платить, "такая корова нужна самому", выяснилось, что "Пифагорёнок" нашей школе не нужен, создали новое общество "Спектр", где все проводится "спустя рукава", не хочу даже говорить об этом.
После одного пренеприятного случая перестала принимать с ребятами участия в школьных конференциях.
А в этом году, решила все же выйти на конференцию школьную со своими кружковцами. В среду приступили к проекту. Посмотрим, что получится.
На очередном занятии кружка приступили к исследовательскому проекту "Рычаг. Виды рычагов. Рычаги в быту человека".
Цель и задачи исследовательской работы:
- Изучить устройство и принцип действия рычага;
- Собрать механизм «Рычаг» с помощью Lego «Физика и технология»;
- Исследовать свойства рычага. Выяснить условие равновесия рычага;
- Анкетирование одноклассников;
- Исследовать использование рычага в доме, в быту, в технике, в спорте и развлечениях;
- Выводы.
Знаете ли вы?
Термин «рычаг» (англ. lever)происходит от французского слова levier, которое в переводе означает «поднимать»
С древних времен для облегчения своего труда человек использует различные механизмы, которые способны преобразовывать силу человека в значительно большую силу. Еще три тысячи лет назад при строительстве пирамид в Древнем Египте тяжелые каменные плиты передвигали и поднимали с помощью простых механизмов.
Рычаг – это жесткий стержень или твердый предмет, который служит для передачи силы. С помощью рычага можно изменять прикладываемую силу (усилие), направление и расстояние перемещения. В каждом рычаге обязательно присутствуют усилие, опора (или ось вращения) и нагрузка (груз). В зависимости от их взаимного расположения различают рычаги первого, второго и третьего рода.
На этом занятии разобрали устройство и принцип действия рычага. С помощью Лего собрали три рода механизма "Рычаг". Попытались провести первичное исследование. Узнали что у любого рычага есть точка опоры, точка приложения усилия и точка приложения нагрузки (т.е. груз)
Виды рычагов
В рычагах первого рода точка опоры расположена между точками приложения усилия и нагрузки.
Наиболее распространенными примерами рычага первого рода являются пила, лом, плоскогубцы и ножницы.
В рычагах второго рода точка опоры и точка приложения усилия находятся на противоположных концах, а точка приложения нагрузки расположена между ними. Самые часто встречающиеся примеры рычага второго рода – щипцы для раскалывания орехов, тачка, ключ для открывания бутылок.
В рычагах третьего рода точка опоры и точка приложения нагрузки находятся на противоположных концах, а точка приложения усилия – между ними. Наиболее известные примеры рычага третьего рода – пинцет и щипцы для льда.
В вашем браузере отключен JavaScript
На следующем занятии кружка продолжим свое исследование.
РS. На данном сайте много классных физиков, я рада была бы получить от Вас советы и рекомендации по нашему проекту. Не откажусь ни от какой помощи!!!
С самых давних пор человек применяет различные вспомогательные приспособления для облегчения своего труда. Как часто, когда нам надо сдвинуть с места очень тяжелый предмет, мы берем себе в помощники палку или шест. Это пример простого механизма - рычага.
Применение простых механизмов
Видов простых механизмов очень много. Это и рычаг, и блок, и клин, и многие другие. Простыми механизмами в физике называют приспособления, служащие для преобразования силы. Наклонная плоскость, которая помогает вкатывать или втаскивать тяжелые предметы наверх - это тоже простой механизм. Применение простых механизмов очень распространено как в производстве, так и в быту. Чаще всего простые механизмы применяют для того, чтобы получить выигрыш в силе, то есть увеличить в несколько раз силу, действующую на тело.
Рычаг в физике - простой механизм
Один из самых простых и распространенных механизмов, который изучают в физике еще в седьмом классе - рычаг. Рычагом в физике называют твердое тело, способное вращаться вокруг неподвижной опоры.
Различают два вида рычагов. У рычага первого рода точка опоры находится между линиями действия приложенных сил. У рычага второго рода точка опоры расположена по одну сторону от них. То есть, если мы пытаемся при помощи лома сдвинуть с места тяжелый предмет, то рычаг первого рода - это ситуация, когда мы подкладываем брусок под лом, надавливая на свободный конец лома вниз. Неподвижной опорой у нас в данном случае будет являться брусок, а приложенные силы располагаются по обе стороны от него. А рычаг второго рода - это когда мы, подсунув край лома под тяжесть, тянем лом вверх, пытаясь таким образом перевернуть предмет. Здесь точка опоры находится в месте упора лома о землю, а приложенные силы расположены по одну сторону от точки опоры.
Закон равновесия сил на рычаге
Используя рычаг, мы можем получить выигрыш в силе и поднять неподъемный голыми руками груз. Расстояние от точки опоры до точки приложения силы называют плечом силы. Причем, можно рассчитать равновесие сил на рычаге по следующей формуле:
F1 / F2 = l2 / l1 ,
где F1 и F2 - силы, действующие на рычаг,
а l2 и l1 - плечи этих сил.
Это и есть закон равновесия рычага , который гласит: рычаг находится в равновесии тогда, когда действующие на него силы обратно пропорциональны плечам этих сил. Этот закон был установлен Архимедом еще в третьем веке до нашей эры. Из него следует, что меньшей силой можно уравновесить большую. Для этого необходимо, чтобы плечо меньшей силы было больше плеча большей силы. А выигрыш в силе, получаемый с помощью рычага, определяется отношением плеч приложенных сил.
Рычаг – элемент независимой подвески автомобиля. Служит для обеспечения ограниченного движения в вертикальной плоскости колеса, которое он удерживает на месте, не позволяя ему откатиться в сторону.
Виды рычагов подвески
В зависимости от конструкции подвески рычаги делятся на типы по количеству точек крепления. Кроме того, их классифицируют и в зависимости от того, под каким углом они находятся к направлению движения автомобиля. По этому параметру рычаги делят на продольные и поперечные. Чаще всего встречаются рычаги А-образной конструкции (их также называют треугольными рычагами), прямые рычаги с двумя точками крепления и Н-образные рычаги, которые представляют собой 2 спаренных простых рычага, имеющих общую перемычку.
Конструкция современного рычага подвески
Рычаг – литая продолговатая деталь из легкого сплава с ребрами жесткости, расположенными в продольном направлении, и с приливами на обоих концах. Один конец снабжен цилиндрическим приливом, в который вставлен, вернее, впрессован сайлентблок – деталь, служащая прокладкой при креплении рычага к кузову, раме или подрамнику. Второй конец снабжен кольцеобразным приливом, служащим местом крепления шаровой опоры. Конструкция рычага может варьироваться в зависимости от инженерного решения подвески. Например, прилива под шаровую опору может не быть, так как он выполнен на корпусе самой шаровой опоры, которая прикрепляется к рычагу при помощи болтов и гаек. Кроме того, в задней многорычажной подвеске нередко применяются рычаги с цилиндрическими приливами под сайлентблок на обоих концах.
Пионерами отказа от стальных рычагов были компании Volkswagen и Subaru, начавшие активно использовать легкие сплавы в подвеске своих автомобилей еще в 90-е годы
В подвеске автомобилей, сделанных до начала 2000-х годов, как правило, применялись стальные рычаги. При этом они могут представлять собой либо полую коробчатую структуру (так называемую квадратную трубу), либо структуру с тремя стенками, две из которых служат ребрами жесткости (так называемый швеллер). В более современных конструкциях подвески наблюдается тенденция постепенного отказа от использования стали, с целью снижения как общего веса автомобиля, так и . Пионерами отказа от стальных рычагов в массовых моделях были компании Volkswagen и Subaru, начавшие активно использовать легкие сплавы в подвеске своих автомобилей еще в 90-е годы.
Назначение рычага подвески
Назначение рычагов подвески чаще всего зависит от места расположения. Рычаг может быть поперечным, продольным, верхним и нижним. В зависимости от расположения они выполняют разные функции.
Основная особенность треугольного рычага в том, что он работает как в поперечном направлении, в котором он установлен, так и в продольном
Например, задача верхнего рычага передней подвески – удерживать верхнюю часть рулевого кулака, не позволяя прикрепленному к нему колесу завалиться вбок во время движения. Нижний рычаг также частично выполняет эту функцию, помогая верхнему, но при этом он еще и контролирует нижнюю часть , не позволяя ей раскачиваться. Продольные рычаги чаще всего применяются в конструкции задней многорычажной подвески и служат для удержания задних стоек в одном положении при разгоне и ускорении, когда на них воздействуют силы, направленные вдоль оси движения автомобиля.
Особенности конструкции треугольных рычагов
Конструкция треугольного рычага возникла в процессе работы над созданием упрощенной подвески для недорогих автомобилей. Основная особенность треугольного рычага в том, что он работает как в поперечном направлении, в котором он установлен, так и в продольном. Имея три точки крепления (две точки для крепления к кузову, одна для крепления к кулаку), рычаг может удерживать амортизационную стойку как в поперечном, так и в продольном направлении. Появление такой конструкции обеспечило возможность применения меньшего количества деталей в подвеске, сделав ее более дешевой. Именно поэтому независимая передняя подвеска на треугольных рычагах так популярна.
Особенности эксплуатации рычагов подвески
В целом, рычаг подвески - неприхотливая и долговечная деталь, особенно, если он сделан из стали. Стальные рычаги, в отличие от легкосплавных, подходят для использования в течение нескольких циклов от ремонта до ремонта подвески. При ремонте рычага заменяют шаровую опору и сайлентблок (или два сайлентблока в случае с треугольным или простым продольным рычагом), а сама деталь отправляется на второй или третий срок службы. Легкосплавные же рычаги в большинстве случаев подлежат замене целиком, что увеличивает стоимость ремонта подвески, хотя и несколько упрощает его.
Причиной выходя рычага из строй обычно являются два фактора: механическое воздействие и коррозия
Причиной выходя рычага из строй обычно являются два фактора: механическое воздействие (попадание в яму, ДТП), приводящее к деформации рычага, и коррозия, которая, кстати, легкосплавным рычагам не грозит.
