Cilvēce jau sen ir izmantojusi vienkāršas mašīnas un mehānismus, lai atvieglotu un vienkāršāku fizisko darbu. Viens no šiem mehānismiem ir svira. Kas ir svira fizikā, kāda formula raksturo tās līdzsvaru un kādi ir sviru veidi - visi šie jautājumi ir atklāti rakstā.
Koncepcija
Svira fizikā ir mehānisms, kas sastāv no sijas vai dēļa un viena atbalsta. Balsts parasti sadala siju divās nevienlīdzīgās daļās, kuras sauc par sviras svirām. Pēdējais var veikt rotācijas kustību ap atbalsta punktu.
Tā kā svira ir vienkāršs mehānisms, tā ir paredzēta fiziska darba veikšanai ar pastiprinājumu gan jaudas, gan pārvietošanās laikā. Pielietotie spēki iedarbojas uz sviras pleciem tās darbības laikā. Viens no tiem ir pretestības spēks. To rada kravas svars, kas jāpārvieto (jāceļ). Otrs spēks ir kāds ārējs spēks, kas vairumā gadījumu tiek pielietots sviras svirai ar cilvēka roku palīdzību.
Augšējā attēlā redzama tipiska svira ardivi pleci. Vēlāk rakstā tiks paskaidrots, kāpēc tas attiecas uz otrā veida piesaistīto līdzekļu izmantošanu.
Sviras noteikums izskatās šādi:
SpēksSpēka svira=slodzeSlodzes roka
Spēka brīdis
Atkāpsimies no sviras tēmas fizikā un apsvērsim svarīgu fizisko lielumu, lai izprastu tās darbību. Tas ir par spēka momentu. Tas ir spēka un tā pielietojuma rokas garuma reizinājums, kas ir matemātiski uzrakstīts šādi:
M=Fd
Ir svarīgi nesajaukt, spēka d plecs un sviras plecs, kopumā tie ir dažādi jēdzieni.
Spēka moments parāda pēdējās spēju veikt pagriezienu sistēmā. Tātad, daudzi cilvēki zina, ka durvis ir daudz vieglāk atvērt aiz roktura, nekā piespiest tās tuvu eņģēm, vai arī vieglāk ir atskrūvēt skrūves uzgriezni ar garu uzgriežņu atslēgu, nevis ar īsu.
Spēka moments ir vektors. Lai saprastu vienkārša sviras mehānisma darbību fizikā, pietiek zināt, ka moments tiek uzskatīts par pozitīvu, ja spēks mēdz griezt sviras sviru pretēji pulksteņrādītāja virzienam. Ja tas mēdz veikt pagriezienu pulksteņrādītāja virzienā, tad brīdis jāuztver ar mīnusa zīmi.
Sviras līdzsvars fizikā
Lai būtu vieglāk saprast, kādos apstākļos svira būs līdzsvarā, ņemiet vērā šādu attēlu.
Šeit ir parādīti divi spēki: slodze R un ārējais spēks F, kas pielikts, lai to pārvarētu.slodzes. Šo spēku rokas ir vienādas ar attiecīgi dR un dF. Patiesībā ir vēl viens spēks – balsta reakcija, kas stara un sviras balsta saskares punktā iedarbojas vertikāli uz augšu. Tā kā šī spēka plecs ir vienāds ar nulli, tas netiks ņemts vērā, nosakot līdzsvara nosacījumu.
Pēc statikas sistēmas griešanās nav iespējama, ja ārējo spēku momentu summa ir vienāda ar nulli. Uzrakstīsim šo momentu summu, ņemot vērā to zīmi:
RdR- FdF=0.
Rakstītā vienādība atspoguļo pietiekamu sviras līdzsvara nosacījumu. Ja uz sviru nedarbojas divi spēki, bet vairāk, tad šis nosacījums joprojām saglabāsies. Tikai divu spēku momentu summas vietā būs jāatrod visu darbojošos spēku momentu summa un jāpielīdzina nullei.
Uzvara ir spēcīga un ir ceļā
Sviras spēku momentu izteiksme fizikā, kas tika uzrakstīta iepriekšējā rindkopā, tiks pārrakstīta šādā formā:
RdR=FdF
No iepriekš minētās formulas izriet:
dR / dF=F / R.
Šī vienādība saka, ka, lai saglabātu līdzsvaru, ir nepieciešams, lai spēks F būtu tik reižu lielāks par slodzes R svaru, cik reizes tās plecs dF mazāks par roku d R. Tā kā lielākā roka sviras pārvietošanas procesā virzās garāku ceļu nekā mazākā roka, mēs iegūstam iespēju veikt vienu un to pašu darbu, izmantojot sviru divos veidos:
- pielietojiet lielāku spēku F un pārvietojiet plecu uzneliels attālums;
- pielieciet nelielu spēku F un pārvietojiet plecu lielu attālumu.
Pirmajā gadījumā runā par pieaugumu ceļā slodzes R pārvietošanas procesā, otrajā gadījumā iegūst stiprības pieaugumu, jo F < R.
Kur tiek izmantots sviras efekts un kādi tie ir?
Atkarībā no sviras spēku pielikšanas vietas fizikā un no balsta stāvokļa vienkāršākais mehānisms var būt trīs veidu:
- Šī ir divu roku svira, kurā atbalsta pozīcija tiek vienādi noņemta no abiem sijas galiem. Atkarībā no roku garumu attiecības šāda veida svira ļauj uzvarēt gan ceļā, gan spēkā. Tās izmantošanas piemēri ir svari, knaibles, šķēres, nagu izvilkējs, bērnu šūpoles.
- Otrā veida svira ir ar vienu roku, tas ir, balsts atrodas netālu no viena no tās galiem. Šajā gadījumā ārējais spēks tiek pielikts otram sijas galam, un slodzes spēks darbojas starp balstu un ārējo spēku, kas ļauj uzvarēt tieši šajā spēkā. Ķerra vai riekstu lauzējs ir izcili šāda veida sviras piemēri.
- Trešais mehānisma veids ir attēlots ar tādiem piemēriem kā makšķere vai pincete. Arī šī svira ir viena svira, taču ārējais pieliktais spēks jau ir tuvāk atbalstam nekā slodzes pielikšanas vietai. Šis vienkāršā mehānisma dizains ļauj uzvarēt uz ceļa, bet zaudēt spēkus. Tāpēc ar pinceti ir grūti noturēt mazu zivtiņu uz smaguma makšķeres galā vai smaga priekšmeta.
Atkārtoti atgādinu, ka svira fizikā ļauj tikaipadarīt ērtāku veikt šo vai citu preču pārvietošanas darbu, bet neļauj šajā darbā uzvarēt.
