Մարդկությունը վաղուց օգտագործել է պարզ մեքենաներ և մեխանիզմներ՝ ֆիզիկական աշխատանքը հեշտացնելու և պարզեցնելու համար: Այդ մեխանիզմներից մեկը լծակն է։ Ի՞նչ է լծակը ֆիզիկայում, ինչ բանաձևով է նկարագրվում դրա հավասարակշռությունը և ինչ տեսակի լծակներ են՝ այս բոլոր հարցերը բացահայտված են հոդվածում։
Հայեցակարգ
Ֆիզիկայի լծակը մեխանիզմ է, որը բաղկացած է ճառագայթից կամ տախտակից և մեկ հենարանից: Հենարանը ընդհանուր առմամբ բաժանում է ճառագայթը երկու անհավասար մասերի, որոնք կոչվում են լծակի թեւեր։ Վերջինս կարող է պտտվող շարժում կատարել հենակետի շուրջ։
Լինելով պարզ մեխանիզմ՝ լծակը նախագծված է ֆիզիկական աշխատանք կատարելու համար՝ ինչպես հզորությամբ, այնպես էլ տրանզիտում: Կիրառված ուժերը գործում են լծակի բազուկների վրա դրա շահագործման ընթացքում: Դրանցից մեկը դիմադրության ուժն է։ Այն ստեղծվում է բեռի ծանրությունից, որը պետք է տեղափոխվի (բարձրացվի): Երկրորդ ուժը ինչ-որ արտաքին ուժ է, որը շատ դեպքերում կիրառվում է լծակի թևի վրա՝ մարդու ձեռքի օգնությամբ։
Վերևի նկարը ցույց է տալիս տիպիկ լծակերկու ուս. Ավելի ուշ հոդվածում կբացատրվի, թե ինչու է դա վերաբերում երկրորդ տեսակի լծակներին:
Լծակի կանոնն ունի հետևյալ տեսքը՝
ForceForce arm=LoadLoad arm
Ուժի պահ
Եկեք որոշ շեղումներ անենք ֆիզիկայի լծակի թեմայից և դիտարկենք կարևոր ֆիզիկական մեծություն՝ դրա գործողությունը հասկանալու համար: Խոսքը ուժի պահի մասին է։ Այն ուժի և դրա կիրառման թևի երկարության արտադրյալն է, որը մաթեմատիկորեն գրված է հետևյալ կերպ՝
M=Fd
Կարևոր է չշփոթել, d ուժի թեւը և լծակի թեւը, ընդհանրապես, սրանք տարբեր հասկացություններ են։
Ուժի պահը ցույց է տալիս համակարգում շրջադարձ կատարելու վերջինիս կարողությունը։ Այսպիսով, շատերը գիտեն, որ շատ ավելի հեշտ է դուռը բացել բռնակով, քան այն մոտեցնել ծխնիներին, կամ ավելի հեշտ է պտուտակի ընկույզն արձակել երկար պտուտակով, քան կարճ պտուտակով։։
Ուժի պահը վեկտոր է: Ֆիզիկայի մեջ պարզ լծակ մեխանիզմի գործունեությունը հասկանալու համար բավական է իմանալ, որ պահը համարվում է դրական, եթե ուժը հակված է պտտելու լծակի թեւը հակառակ ուղղությամբ։ Եթե այն հակված է շրջադարձ կատարել ժամացույցի սլաքի ուղղությամբ, ապա պահը պետք է ընդունել մինուս նշանով։
Լծակի հավասարակշռությունը ֆիզիկայում
Որպեսզի ավելի հեշտ լինի հասկանալ, թե ինչ վիճակում կլինի լծակը հավասարակշռության մեջ, հաշվի առեք հետևյալ նկարը:
Այստեղ ցուցադրված է երկու ուժ՝ R բեռը և արտաքին ուժը F, որը կիրառվում է դա հաղթահարելու համար։բեռների. Այս ուժերի թեւերը համապատասխանաբար հավասար են dR և dF-ի: Փաստորեն, կա ևս մեկ ուժ՝ հենարանի արձագանքը, որը գործում է ուղղահայաց դեպի վեր՝ ճառագայթի և լծակի հենարանի շփման կետում։ Քանի որ այս ուժի ուսը հավասար է զրոյի, այն հետագայում չի դիտարկվի հավասարակշռության պայմանը որոշելիս:
Ըստ ստատիկի՝ համակարգի պտույտը անհնար է, եթե արտաքին ուժերի մոմենտների գումարը հավասար է զրոյի։ Գրենք այս պահերի գումարը՝ հաշվի առնելով նրանց նշանը՝
RdR- FdF=0.
Գրավոր հավասարությունը արտացոլում է լծակի բավարար հավասարակշռության պայմանը: Եթե լծակի վրա գործում են ոչ թե երկու ուժեր, այլ ավելի շատ, ապա այս պայմանը դեռ կմնա։ Միայն ուժերի երկու մոմենտի գումարի փոխարեն անհրաժեշտ կլինի գտնել գործող ուժերի բոլոր մոմենտների գումարը և հավասարեցնել դրանք զրոյի։
Հաղթանակն ուժեղ է և ճանապարհին
Ֆիզիկայի լծակի ուժերի պահերի արտահայտությունը, որը գրվել է նախորդ պարբերությունում, կվերագրվի հետևյալ ձևով՝
RdR=FdF
Վերոնշյալ բանաձևից հետևում է.
dR / dF=F / R.
Այս հավասարությունն ասում է, որ հավասարակշռությունը պահպանելու համար անհրաժեշտ է, որ F ուժը նույնքան անգամ մեծ լինի R բեռի քաշից, քանի անգամ է նրա թևը dF թևից պակաս d R. Քանի որ ավելի մեծ թեւը լծակի շարժման գործընթացում անցնում է ավելի երկար ճանապարհ, քան փոքր թեւը, մենք հնարավորություն ենք ստանում կատարել նույն աշխատանքը լծակի միջոցով երկու եղանակով՝
:
- կիրառեք ավելի շատ F ուժ և շարժեք ուսը դեպիկարճ հեռավորություն;
- կիրառեք մի փոքր ուժ F և շարժեք ուսը երկար հեռավորության վրա:
Առաջին դեպքում խոսվում է բեռը R-ի տեղափոխման գործընթացում ճանապարհին օգուտի մասին, երկրորդ դեպքում՝ ուժի ավելացում, քանի որ F < R.
Որտե՞ղ է օգտագործվում լծակները և որո՞նք են դրանք:
Կախված ֆիզիկայում լծակի ուժերի կիրառման կետից և հենարանի դիրքից՝ ամենապարզ մեխանիզմը կարող է լինել երեք տեսակի՝
- Սա երկու թևանի լծակ է, որի հենակետը հավասարապես հեռացվում է ճառագայթի երկու ծայրերից: Կախված թեւերի երկարությունների հարաբերակցությունից՝ այս տեսակի լծակները թույլ են տալիս հաղթել ինչպես ճանապարհով, այնպես էլ ուժով։ Դրա օգտագործման օրինակները ներառում են կշեռք, տափակաբերան աքցան, մկրատ, եղունգ քաշող, մանկական ճոճանակ։
- Երկրորդ տեսակի լծակը միաթև է, այսինքն՝ հենարանը գտնվում է նրա ծայրերից մեկի մոտ։ Այս դեպքում արտաքին ուժը կիրառվում է ճառագայթի մյուս ծայրին, և բեռնվածքի ուժը գործում է հենարանի և արտաքին ուժի միջև, ինչը թույլ է տալիս հաղթել հենց այս ուժի մեջ: Անիվի ձեռնասայլակը կամ ընկուզեղենը այս տեսակի լծակների վառ օրինակներն են:
- Մեխանիզմի երրորդ տեսակը ներկայացված է օրինակներով, ինչպիսիք են ձկնորսական գավազանը կամ պինցետը: Այս լծակը նույնպես միաթև է, սակայն արտաքին կիրառվող ուժն արդեն ավելի մոտ է հենարանին, քան բեռի կիրառման կետին։ Պարզ մեխանիզմի այս դիզայնը թույլ է տալիս հաղթել ճանապարհին, բայց կորցնել ուժով: Այդ իսկ պատճառով դժվար է պինցետով ձկնորսական գավազանի ծայրին կամ ծանր առարկայի ծանրության վրա պահել փոքրիկ ձկանը։
Կրկին կրկնելու համար, ֆիզիկայի լծակը թույլ է տալիս միայնհարմար է դարձնում ապրանքների տեղափոխման այս կամ այն աշխատանքը, բայց թույլ չի տալիս հաղթել այս աշխատանքում։
