Հին ժամանակներից մարդկությունը ձգտել է ամեն կերպ հեշտացնել իրենց ֆիզիկական աշխատանքը: Պարզ մեխանիզմները դարձել են այս խնդիրը լուծելու միջոց։ Այս հոդվածում քննարկվում են այնպիսի գյուտեր, ինչպիսիք են լծակը և բլոկը, ինչպես նաև լծակների և բլոկների համակարգը:
Ի՞նչ է լծակը և ե՞րբ է այն օգտագործվել:
Հավանաբար բոլորը մանկուց ծանոթ են այս պարզ մեխանիզմին։ Ֆիզիկայի մեջ լծակը ճառագայթի (ձող, տախտակ) և մեկ հենարանի համակցություն է։ Ծառայում է որպես լծակ կշիռներ բարձրացնելու կամ մարմիններին արագություն հաղորդելու համար։ Կախված ճառագայթի տակ գտնվող հենարանի դիրքից, լծակը կարող է հանգեցնել ուժեղացման կամ ուժի մեջ, կամ բեռների շարժման ժամանակ: Պետք է ասել, որ լծակը որպես ֆիզիկական մեծություն չի հանգեցնում աշխատանքի կրճատման, այն թույլ է տալիս միայն հարմար կերպով վերաբաշխել դրա կատարումը։
Մարդը երկար ժամանակ օգտագործում է լծակներ. Այսպիսով, ապացույցներ կան, որ այն օգտագործվել է հին եգիպտացիների կողմից բուրգերի կառուցման ժամանակ: Լծակի ազդեցության առաջին մաթեմատիկական նկարագրությունը թվագրվում է մ.թ.ա 3-րդ դարով և պատկանում է Արքիմեդին։ Այս մեխանիզմի գործողության սկզբունքի ժամանակակից բացատրությունը ներառում էՈւժի պահի հայեցակարգն առաջացել է միայն 17-րդ դարում՝ Նյուտոնի դասական մեխանիկայի ձևավորման ժամանակ։
Լծակի կանոն
Ինչպե՞ս է աշխատում լծակը: Այս հարցի պատասխանը պարունակվում է ուժի պահ հասկացության մեջ։ Վերջինս կոչվում է այնպիսի արժեք, որը ստացվում է ուժի թեւն իր մոդուլով բազմապատկելու արդյունքում, այսինքն՝.
M=Fd
Դ ուժի թեւը հենակետից մինչև F ուժի կիրառման կետի հեռավորությունն է։
Երբ լծակը կատարում է իր աշխատանքը, նրա վրա գործում են երեք տարբեր ուժեր.
- արտաքին ուժ, որը կիրառվում է, օրինակ, անձի կողմից;
- բեռի ծանրությունը, որը մարդը փորձում է տեղափոխել լծակով;
- հենարանի արձագանքը, որը գործում է հենարանի կողքից մինչև լծակի ճառագայթը:
Հենարանի ռեակցիան հավասարակշռում է մյուս երկու ուժերը, ուստի լծակը տարածության մեջ առաջ չի շարժվում։ Որպեսզի այն չկատարի նաև պտտվող շարժում, անհրաժեշտ է, որ ուժերի բոլոր մոմենտների գումարը հավասար լինի զրոյի։ Ուժի պահը միշտ չափվում է որոշ առանցքի նկատմամբ: Այս դեպքում այս առանցքը հենակետն է։ Առանցքի այս ընտրությամբ հենարանի արձագանքման ուժի գործողության ուսը հավասար կլինի զրոյի, այսինքն՝ այս ուժը ստեղծում է զրոյական պահ։ Ստորև բերված նկարը ցույց է տալիս առաջին տեսակի բնորոշ լծակ: Սլաքները նշում են արտաքին ուժը F և բեռի քաշը R։
Գրե՛ք այս ուժերի պահերի գումարը, մենք ունենք՝
RdR+ (-FdF)=0
Մոմենտների գումարի զրոյին հավասարությունը ապահովում է լծակի թեւերի պտույտի բացակայությունը։ ՊահF ուժը ընդունվում է բացասական նշանով, քանի որ այս ուժը հակված է պտտելու լծակը ժամացույցի սլաքի ուղղությամբ, մինչդեռ R ուժը հակված է այդ շրջադարձին հակառակ ուղղությամբ:
Վերագրելով այս արտահայտությունը հետևյալ ձևերով՝ մենք ստանում ենք լծակի հավասարակշռության պայմանները՝
RdR=FdF;
dR/dF=F/R
Մենք ստացել ենք գրավոր հավասարումներ՝ օգտագործելով ուժի պահ հասկացությունը։ III դարում մ.թ.ա. ե. Հույն փիլիսոփաները չգիտեին այս ֆիզիկական հայեցակարգի մասին, այնուամենայնիվ, Արքիմեդը փորձարարական դիտարկումների արդյունքում հակադարձ կապ հաստատեց լծակի բազուկների վրա ազդող ուժերի և այդ ձեռքերի երկարության միջև::
Արձանագրված հավասարությունները ցույց են տալիս, որ dR թևի երկարության նվազումը նպաստում է փոքր F և a ուժի օգնությամբ մեծ կշիռներ բարձրացնելու հնարավորության առաջացմանը. երկար թեւ dF R բեռ.
Ի՞նչ է բլոկը ֆիզիկայում:
Բլոկը ևս մեկ պարզ մեխանիզմ է, որը իրենից ներկայացնում է կլոր գլան՝ գլանաձև մակերեսի պարագծի երկայնքով ակոսով։ Ակոսը ծառայում է պարանի կամ շղթայի ամրացմանը։ Բլոկն ունի պտտման առանցք: Նկարը ցույց է տալիս բլոկի օրինակ, որը ցույց է տալիս, թե ինչպես է այն աշխատում:
Այս բլոկը կոչվում է ֆիքսված: Այն ուժի ավելացում չի տալիս, բայց թույլ է տալիս փոխել իր ուղղությունը։
Բացի ֆիքսված բլոկից, կա շարժվող բլոկ: Շարժական և ֆիքսված բլոկների համակարգը ներկայացված է ստորև։
Եթե պահերի կանոնը կիրառվում է այս համակարգի վրա, ապա մենք ստանում ենքուժի ավելացումը երկու անգամ է, բայց միևնույն ժամանակ մենք կորցնում ենք նույն քանակությունը ճանապարհին (նկարում F=60 N):
Լծակների և բլոկների համակարգ
Ինչպես նշվեց նախորդ պարբերություններում, լծակները կարող են օգտագործվել ուղի կամ ուժ ձեռք բերելու համար, մինչդեռ բլոկը թույլ է տալիս ձեռք բերել իշխանություն և փոխել իր գործողության ուղղությունը: Համարվող պարզ մեխանիզմների այս հատկություններն օգտագործվում են լծակների և բլոկների համակարգերում։ Այս համակարգերում յուրաքանչյուր տարր վերցնում է որոշակի ուժ և փոխանցում այն այլ տարրերի, այնպես որ մենք ստանում ենք սկզբնական ուժը որպես արդյունք:
Լծակի և բլոկի աշխատանքի հեշտությունը և դրանց կառուցվածքային օգտագործման ճկունությունը հնարավորություն են տալիս նման համակցությունից բարդ մեխանիզմներ կազմել։
Պարզ մեխանիզմների համակարգերի օգտագործման օրինակներ
Իրականում, մեզ շրջապատող ցանկացած մեքենա լծակների և բլոկների համակարգեր են: Ահա ամենահայտնի օրինակները.
- գրամեքենա;
- դաշնամուր;
- կռունկ;
- ծալովի փայտամած;
- կարգավորվող մահճակալներ և սեղաններ;
- մարդու ոսկորների, հոդերի և մկանների հավաքածու։
Եթե այս համակարգերից յուրաքանչյուրում մուտքային ուժը հայտնի է, ապա ելքային ուժը կարող է հաշվարկվել՝ հաջորդաբար կիրառելով լծակի կանոնը համակարգի յուրաքանչյուր տարրի վրա:
