L'equilibrio in fisica è uno stato del sistema, in cui è in relativa quiete rispetto agli oggetti circostanti. La statica è lo studio delle condizioni di equilibrio. Uno dei meccanismi, la cui conoscenza delle condizioni di equilibrio per il cui funzionamento è di fondamentale importanza, è la leva. Considera nell'articolo quali sono i tipi di leva finanziaria.
Che cos'è in fisica?
Prima di parlare dei tipi di leve (in fisica, il grado 7 supera questo argomento), definiamo questo dispositivo. Una leva è un semplice meccanismo che permette di convertire la forza in distanza e viceversa. La leva ha un dispositivo semplice, è composta da una trave (tavola, asta), che ha una certa lunghezza, e un supporto. La posizione del supporto non è fissa, quindi può essere posizionato sia al centro della trave che alla sua estremità. Notiamo subito che la posizione del supporto determina generalmente il tipo di leva.
Quest'ultimo è stato utilizzato dall'uomo da tempo immemorabile. Quindi, è noto che nell'antica Mesopotamia o in Egitto, con l'aiuto di essa, sollevavano l'acqua dai fiumi o spostavano enormi pietre durantecostruzione di varie strutture. Utilizzava attivamente la leva nell'antica Grecia. L'unica prova scritta sopravvissuta dell'uso di questo semplice meccanismo è "Vite parallele" di Plutarco, dove il filosofo fornisce un esempio dell'uso del sistema di blocchi e leve di Archimede.
Il concetto di coppia
Capire il principio di funzionamento dei diversi tipi di leve in fisica è possibile se si studia il problema dell'equilibrio del meccanismo in esame, che è strettamente correlato al concetto di momento della forza.
Il momento di forza è il valore che si ottiene moltiplicando la forza per la distanza dal punto di applicazione all'asse di rotazione. Questa distanza è chiamata "spalla della forza". Indichiamo F e d - rispettivamente la forza e la sua spalla, quindi otteniamo:
M=FAre
Il momento di forza fornisce la capacità di ruotare attorno a questo asse dell'intero sistema. Esempi vividi in cui puoi osservare il momento della forza in azione sono svitare un dado con una chiave inglese o aprire una porta con una maniglia lontana dai cardini della porta.
La coppia è una quantità vettoriale. Nel risolvere i problemi, spesso si deve tener conto del suo segno. Va ricordato che qualsiasi forza che fa ruotare il sistema dei corpi in senso antiorario crea un momento di forza con il segno +.
Bilancia della leva
La figura sopra mostra una tipica leva e le forze che agiscono su di essa sono contrassegnate. Più avanti nell'articolo si dirà che è -leva del primo tipo. Qui, le lettere F e R indicano rispettivamente una forza esterna e un certo peso del carico. Puoi anche vedere che il supporto è sfalsato rispetto al centro, quindi le lunghezze delle braccia dF e dR non sono uguali tra loro.
In statica si mostra che la leva non si muove nel suo complesso, la somma di tutte le forze che agiscono su di essa deve essere uguale a zero. Ne abbiamo annotati solo due. In effetti, ce n'è anche un terzo, che è opposto a questi due e uguale alla loro somma - questa è la reazione di supporto.
Affinché la leva non esegua movimenti rotatori, è necessario che la somma di tutti i momenti delle forze sia uguale a zero. La spalla della forza di reazione del supporto è zero, quindi non crea un momento. Resta da annotare i momenti delle forze F e R:
RdR- FdFA=0=>
RdR=FAreFA
Condizione di equilibrio della leva registrata come formula, data anche:
reR/reFA=FA/RE
Questa uguaglianza significa che affinché la leva non ruoti, la forza esterna deve essere tante volte maggiore (minore) del peso del carico sollevato, quante volte il braccio di questa forza è minore (maggiore) del braccio su cui il peso agisce cargo.
La dicitura data significa che quante volte vinciamo lungo il percorso con l'aiuto del meccanismo in esame, perdiamo la stessa quantità di forza.
Leva del primo tipo
È stato mostrato nel paragrafo precedente. Qui ci limitiamo a dire che per una leva di questo tipo, il supporto si trova tra le forze agenti F e R. A seconda del rapporto tra le lunghezze dei bracci, tale leva puòessere usato sia per sollevare pesi che per dare accelerazione al corpo.
Bilance meccaniche, forbici, un estrattore di chiodi, una catapulta sono esempi di leve del primo tipo.
Nel caso di una bilancia, abbiamo due braccia della stessa lunghezza, quindi l'equilibrio della leva si ottiene solo quando le forze F e R sono uguali tra loro. Questo fatto viene utilizzato per pesare corpi di massa sconosciuta confrontandolo con un valore di riferimento.
Le forbici e un estrattore di chiodi sono ottimi esempi di come guadagnare forza ma perdere lungo la strada. Tutti sanno che più vicino all'asse delle forbici viene posato un foglio di carta, più facile sarà tagliarlo. Al contrario, se provi a tagliare la carta con la punta delle forbici, allora c'è un' alta probabilità che inizino a "masticarla". Più lungo è il manico delle forbici o dell'estrattore per unghie, più facile sarà eseguire l'operazione corrispondente.
Per quanto riguarda la catapulta, questo è un vivido esempio di guadagno con l'aiuto di una leva lungo il percorso, e quindi nell'accelerazione che la sua spalla impartisce al proiettile.
Leva di secondo tipo
In tutte le leve del secondo tipo, il supporto si trova vicino a una delle estremità della trave. Questa disposizione porta alla presenza di una sola spalla alla leva. In questo caso, il peso del carico si trova sempre tra il supporto e la forza esterna F. La disposizione delle forze nella leva del secondo tipo porta all'unico risultato utile: aumentare la forza.
Esempi di questo tipo di leva sono la carriola, che viene utilizzata per trasportare carichi pesanti, e lo schiaccianoci. In entrambi i casi, la perdita lungo il percorso non ha alcun valore negativo. Quindi, nel caso del manualecarriole, è importante solo mantenere il carico sul peso mentre è in movimento. In questo caso, la forza applicata è parecchie volte inferiore al peso del carico.
Leva di terzo tipo
Il design di questo tipo di leva è per molti versi simile alla precedente. Il supporto in questo caso si trova anche ad una delle estremità della trave e la leva ha un solo braccio. Tuttavia, la posizione delle forze agenti al suo interno è completamente diversa rispetto a una leva del secondo tipo. Il punto di applicazione della forza F è compreso tra il peso del carico e il supporto.
Pala, barriera, canna da pesca e pinzette sono esempi sorprendenti di questo tipo di leva. In tutti questi casi, vinciamo strada facendo, ma c'è una significativa perdita di forza. Ad esempio, per sostenere un carico pesante con le pinzette, è necessario applicare una grande forza F, quindi utilizzare questo strumento non significa tenere con sé oggetti pesanti.
In conclusione, notiamo che tutti i tipi di leve funzionano secondo lo stesso principio. Non danno un guadagno al lavoro di spostamento delle merci, ma consentono solo di ridistribuire questo lavoro nella direzione di una sua implementazione più conveniente.
