Kopš seniem laikiem cilvēce ar jebkādiem līdzekļiem ir centusies atvieglot savu fizisko darbu. Vienkārši mehānismi ir kļuvuši par līdzekli šīs problēmas risināšanai. Šajā rakstā ir aplūkoti tādi izgudrojumi kā svira un bloks, kā arī sviru un bloku sistēma.
Kas ir kredītpleca un kad tas tika izmantots?
Iespējams, visi jau kopš bērnības ir pazīstami ar šo vienkāršo mehānismu. Fizikā svira ir sijas (stieņa, dēļa) un viena atbalsta kombinācija. Kalpo kā svira smagumu celšanai vai ātruma paziņošanai ķermenim. Atkarībā no atbalsta stāvokļa zem sijas, svira var palielināt spēku vai slodzes kustību. Jāteic, ka svira nenoved pie darba kā fiziska lieluma samazināšanās, tā tikai ļauj pārdalīt tās izpildi ērtā veidā.
Cilvēks jau ilgu laiku ir izmantojis kredītplecu. Tātad, ir pierādījumi, ka senie ēģiptieši to izmantoja piramīdu celtniecībā. Pirmais matemātiskais sviras iedarbības apraksts datēts ar 3. gadsimtu pirms mūsu ēras un pieder Arhimēdam. Mūsdienīgs skaidrojums par šī mehānisma darbības principu, iesaistotspēka momenta jēdziens radās tikai 17. gadsimtā, Ņūtona klasiskās mehānikas veidošanās laikā.
Sviras noteikums
Kā darbojas svira? Atbilde uz šo jautājumu ir ietverta spēka momenta jēdzienā. Pēdējo sauc par tādu vērtību, kas iegūta, reizinot spēka plecu ar tā moduli, tas ir:
M=Fd
Spēka d roka ir attālums no atbalsta punkta līdz spēka F pielikšanas punktam.
Kad svira veic savu darbu, uz to iedarbojas trīs dažādi spēki:
- ārējs spēks, ko pieliek, piemēram, persona;
- slodzes svars, ko cilvēks cenšas pārvietot ar sviru;
- balsta reakcija, kas iedarbojas no balsta sāniem uz sviras siju.
Atbalsta reakcija līdzsvaro pārējos divus spēkus, tāpēc svira telpā nekustas uz priekšu. Lai tā neveiktu arī rotācijas kustību, ir nepieciešams, lai visu spēku momentu summa būtu vienāda ar nulli. Spēka momentu vienmēr mēra attiecībā pret kādu asi. Šajā gadījumā šī ass ir atbalsta punkts. Ar šo ass izvēli atbalsta reakcijas spēka darbības plecs būs vienāds ar nulli, tas ir, šis spēks rada nulles momentu. Zemāk esošajā attēlā parādīta tipiska pirmā veida svira. Bultiņas apzīmē ārējo spēku F un slodzes svaru R.
Pierakstiet šo spēku momentu summu, mums ir:
RdR+ (-FdF)=0
Momentu summas vienādība ar nulli nodrošina sviras sviru rotācijas neesamību. Mirklisspēks F tiek ņemts ar negatīvu zīmi, jo šim spēkam ir tendence griezt sviru pulksteņrādītāja virzienā, savukārt spēkam R ir tendence šo pagriezienu veikt pretēji pulksteņrādītāja virzienam.
Pārrakstot šo izteiksmi šādās formās, mēs iegūstam sviras līdzsvara nosacījumus:
RdR=FdF;
dR/dF=F/R
Esam ieguvuši rakstiskās vienādības, izmantojot spēka momenta jēdzienu. III gadsimtā pirms mūsu ēras. e. Grieķu filozofi par šo fizisko jēdzienu nezināja, tomēr Arhimēds eksperimentālu novērojumu rezultātā izveidoja apgrieztu sakarību starp spēku attiecību, kas iedarbojas uz sviras pleciem, un šo roku garumu.
Reģistrētās vienādības liecina, ka rokas garuma samazināšanās dR veicina iespēju celt lielus svarus ar neliela spēka F un a palīdzību. garā roka dF R krava.
Kas ir bloks fizikā?
Bloks ir vēl viens vienkāršs mehānisms, kas ir apaļš cilindrs ar rievu pa cilindriskās virsmas perimetru. Vaga kalpo virves vai ķēdes nostiprināšanai. Blokam ir rotācijas ass. Attēlā parādīts bloka piemērs, kas parāda, kā tas darbojas.
Šo bloku sauc par fiksētu. Tas nedod spēka pieaugumu, bet ļauj mainīt virzienu.
Papildus fiksētajam blokam ir arī kustīgs bloks. Kustīgo un fiksēto bloku sistēma ir parādīta zemāk.
Ja šai sistēmai piemēro momentu likumu, tad mēs iegūstamspēka pieaugums ir divas reizes, bet tajā pašā laikā mēs pa ceļam zaudējam tikpat daudz (attēlā F=60 N).
Sviru un bloku sistēma
Kā minēts iepriekšējās rindkopās, sviru var izmantot, lai iegūtu ceļu vai spēku, savukārt bloks ļauj iegūt spēku un mainīt darbības virzienu. Šīs aplūkoto vienkāršo mehānismu īpašības tiek izmantotas sviru un bloku sistēmās. Šajās sistēmās katrs elements uzņem kādu spēku un pārnes to uz citiem elementiem, lai mēs iegūtu sākotnējo spēku kā izvadi.
Sviras un bloka darbības vienkāršība un to konstrukcijas izmantošanas elastība ļauj no šādas kombinācijas izveidot sarežģītus mehānismus.
Vienkāršu mehānismu sistēmu izmantošanas piemēri
Patiesībā visas mašīnas, kas mūs ieskauj, ir sviru un bloku sistēmas. Šeit ir slavenākie piemēri:
- rakstāmmašīna;
- klavieres;
- celtnis;
- saliekamās sastatnes;
- regulējamas gultas un galdi;
- cilvēka kaulu, locītavu un muskuļu kopums.
Ja ir zināms ievades spēks katrā no šīm sistēmām, tad izejas spēku var aprēķināt, secīgi piemērojot sviras noteikumu katram sistēmas elementam.
