Līdzsvars fizikā ir sistēmas stāvoklis, kurā tā atrodas relatīvā miera stāvoklī attiecībā pret apkārtējiem objektiem. Statika ir līdzsvara apstākļu izpēte. Viens no mehānismiem, kura darbībai ir ļoti svarīgas zināšanas par līdzsvara nosacījumiem, ir svira. Apsveriet rakstā, kādi ir kredītplecu veidi.
Kas tas ir fizikā?
Pirms runāt par sviru veidiem (fizikā šo tēmu iztur 7. klase), definēsim šo ierīci. Svira ir vienkāršs mehānisms, kas ļauj pārvērst spēku attālumā un otrādi. Svirai ir vienkārša ierīce, tā sastāv no sijas (dēlis, stieņa), kurai ir noteikts garums, un viena balsta. Balsta novietojums nav fiksēts, tāpēc tas var atrasties gan sijas vidū, gan tā galā. Uzreiz atzīmējam, ka balsta stāvoklis parasti nosaka sviras veidu.
Pēdējo cilvēki ir izmantojuši kopš neatminamiem laikiem. Tātad ir zināms, ka senajā Mezopotāmijā vai Ēģiptē ar tās palīdzību viņi cēla ūdeni no upēm vai pārvietoja milzīgus akmeņus.dažādu konstrukciju celtniecība. Aktīvi izmantoja sviru senajā Grieķijā. Vienīgā rakstiskā liecība, kas saglabājusies par šī vienkāršā mehānisma izmantošanu, ir Plutarha "Paralēlās dzīves", kur filozofs sniedz piemēru Arhimēda bloku un sviru sistēmas izmantošanai.
Griezes momenta jēdziens
Izprast dažādu veidu sviru darbības principu fizikā iespējams, ja pēta aplūkojamā mehānisma līdzsvara jautājumu, kas ir cieši saistīts ar spēka momenta jēdzienu.
Spēka moments ir vērtība, ko iegūst, spēku reizinot ar attālumu no tā pielietošanas punkta līdz rotācijas asij. Šo attālumu sauc par "spēka plecu". Apzīmēsim F un d - attiecīgi spēku un tā plecu, tad iegūstam:
M=Fd
Spēka moments nodrošina iespēju griezties ap šo visas sistēmas asi. Spilgti piemēri, kuros var novērot spēka momentu darbībā, ir uzgriežņa atskrūvēšana ar uzgriežņu atslēgu vai durvju atvēršana ar rokturi, kas atrodas tālu no durvju eņģēm.
Griezes moments ir vektora lielums. Risinot problēmas, bieži vien ir jāņem vērā tā zīme. Jāatceras, ka jebkurš spēks, kas liek ķermeņu sistēmai griezties pretēji pulksteņrādītāja virzienam, rada spēka momentu ar zīmi +.
Sviras līdzsvars
Augšējā attēlā ir parādīta tipiska svira, un ir atzīmēti spēki, kas uz to iedarbojas. Vēlāk rakstā tiks teikts, ka tas ir -pirmā veida sviras. Šeit burti F un R apzīmē attiecīgi ārējo spēku un noteiktu kravas svaru. Varat arī redzēt, ka atbalsts ir nobīdīts no centra, tāpēc roku garumi dF un dR nav vienādi.
Statikā ir parādīts, ka svira nekustas kā vesels mehānisms, visu spēku summai, kas uz to iedarbojas, jābūt vienādai ar nulli. Mēs esam atzīmējuši tikai divus no tiem. Faktiski ir arī trešā, kas ir pretēja šiem diviem un ir vienāda ar to summu - tā ir atbalsta reakcija.
Lai svira neveiktu rotācijas kustības, ir nepieciešams, lai visu spēku momentu summa būtu vienāda ar nulli. Atbalsta reakcijas spēka plecs ir nulle, tāpēc tas nerada momentu. Atliek pierakstīt spēku F un R momentus:
RdR- FdF=0=>
RdR=FdF
Ierakstīts sviras līdzsvara nosacījums kā formula, norādīts arī:
dR/dF=F/R
Šī vienlīdzība nozīmē, ka, lai svira negrieztos, ārējam spēkam ir jābūt tik reižu lielākam (mazākam) par paceļamās kravas svaru, cik reižu šī spēka roka ir mazāka (lielāks) nekā roka, uz kuras svars iedarbojas uz kravu.
Dotais formulējums nozīmē, ka cik reizes mēs uzvaram ceļā ar aplūkojamā mehānisma palīdzību, tikpat daudz zaudējam spēku.
Pirmā veida svira
Tas tika parādīts iepriekšējā rindkopā. Šeit mēs tikai sakām, ka šāda veida svirai balsts atrodas starp iedarbīgajiem spēkiem F un R. Atkarībā no roku garumu attiecības šāda svira varvar izmantot gan smagumu celšanai, gan ķermeņa paātrinājuma piešķiršanai.
Mehāniskie svari, šķēres, nagu izvilkējs, katapulta ir pirmā veida sviru piemēri.
Līdzsvara gadījumā mums ir divas vienāda garuma rokas, tāpēc sviras līdzsvars tiek sasniegts tikai tad, ja spēki F un R ir vienādi. Šo faktu izmanto, lai nosvērtu ķermeņus ar nezināmu masu, salīdzinot to ar atsauces vērtību.
Šķēres un nagu velknis ir lieliski piemēri, kā iegūt spēku, bet ceļā zaudēt. Ikviens zina, ka, jo tuvāk šķēru asij tiek uzlikta papīra lapa, jo vieglāk to sagriezt. Gluži pretēji, ja jūs mēģināt griezt papīru ar šķēru galiem, tad pastāv liela varbūtība, ka viņi sāks to "košļāt". Jo garāks ir šķēru vai naglu novilkšanas rokturis, jo vieglāk ir veikt atbilstošo darbību.
Kas attiecas uz katapultu, šis ir spilgts piemērs, kā ceļā iegūt ar sviras palīdzību un līdz ar to arī paātrinājumu, ko tā plecs piešķir šāviņam.
Otrā veida svira
Visās otrā veida svirās atbalsts atrodas netālu no viena no sijas galiem. Šis izkārtojums noved pie tā, ka pie sviras ir tikai viens plecs. Šajā gadījumā slodzes svars vienmēr atrodas starp balstu un ārējo spēku F. Spēku izvietojums otrā veida svirā rada vienīgo derīgo rezultātu: spēka pieaugumu.
Šāda veida sviras piemēri ir ķerra, ko izmanto smagu kravu pārvadāšanai, un riekstu lauzējs. Abos gadījumos zaudējumam ceļā nav nekādas negatīvas vērtības. Tātad rokasgrāmatas gadījumāķerras, ir svarīgi tikai saglabāt slodzi uz svaru, kamēr tas kustas. Šajā gadījumā pieliktais spēks ir vairākas reizes mazāks par slodzes svaru.
Trešā veida svira
Šā tipa sviras dizains daudzējādā ziņā ir līdzīgs iepriekšējam. Atbalsts šajā gadījumā atrodas arī vienā no sijas galiem, un svirai ir viena roka. Tomēr darbojošos spēku izvietojums tajā ir pavisam citāds nekā otrā veida svirā. Spēka F pielikšanas punkts atrodas starp kravas svaru un balstu.
Lāpsta, barjera, makšķere un pincete ir spilgti šāda veida sviras piemēri. Visos šajos gadījumos ceļā uzvaram, taču ir ievērojams spēku zaudējums. Piemēram, lai noturētu smagu kravu ar pinceti, jāpieliek liels spēks F, tāpēc šī rīka izmantošana nenozīmē, ka ar to jātur smagi priekšmeti.
Nobeigumā mēs atzīmējam, ka visu veidu sviras darbojas pēc viena principa. Tie nedod labumu preču pārvietošanas darbā, bet tikai ļauj pārdalīt šo darbu ērtākas īstenošanas virzienā.
