Od davnina, čovječanstvo je nastojalo na bilo koji način olakšati svoj fizički rad. Jednostavni mehanizmi postali su sredstvo za rješavanje ovog problema. Ovaj članak govori o izumima kao što su poluga i blok, kao i sistem poluga i blokova.
Šta je leveridž i kada je korištena?
Verovatno je svima poznat ovaj jednostavan mehanizam još od detinjstva. U fizici, poluga je kombinacija grede (šip, daska) i jednog oslonca. Služi kao poluga za dizanje utega ili za prenošenje brzine telima. Ovisno o položaju oslonca ispod grede, poluga može dovesti do povećanja u snazi ili u kretanju tereta. Treba reći da poluga ne dovodi do smanjenja rada kao fizičke veličine, već samo omogućava preraspodjelu njenog izvršenja na prikladan način.
Čovjek koristi polugu dugo vremena. Dakle, postoje dokazi da su ga koristili stari Egipćani u izgradnji piramida. Prvi matematički opis dejstva poluge datira iz 3. veka pre nove ere i pripada Arhimedu. Savremeno objašnjenje principa rada ovog mehanizma uključujekoncept momenta sile nastao je tek u 17. veku, tokom formiranja Njutnove klasične mehanike.
Pravilo poluge
Kako radi poluga? Odgovor na ovo pitanje sadržan je u konceptu momenta sile. Potonje se zove takva vrijednost, koja se dobija kao rezultat množenja kraka sile sa njenim modulom, to jest:
M=Fd
Kraka sile d je rastojanje od tačke oslonca do tačke primene sile F.
Kada poluga radi svoj posao, na nju djeluju tri različite sile:
- spoljna sila primenjena, na primer, od strane osobe;
- težina tereta koji osoba želi da pomjeri pomoću poluge;
- reakcija oslonca koji djeluje sa strane oslonca na polugu.
Reakcija oslonca balansira druge dvije sile, tako da se poluga ne pomiče naprijed u prostoru. Da ne bi vršio i rotaciono kretanje, potrebno je da zbir svih momenata sila bude jednak nuli. Moment sile se uvijek mjeri u odnosu na neku osu. U ovom slučaju, ova os je tačka oslonca. Ovim izborom ose, rame djelovanja sile reakcije oslonca bit će jednako nuli, odnosno ta sila stvara nulti moment. Na slici ispod prikazana je tipična poluga prve vrste. Strelice označavaju vanjsku silu F i težinu tereta R.
Zapišite zbir momenata za ove sile, imamo:
RdR+ (-FdF)=0
Jednakost na nuli zbira momenata osigurava odsustvo rotacije krakova poluge. Momenatsila F se uzima sa negativnim predznakom jer ova sila nastoji da okrene polugu u smjeru kazaljke na satu, dok sila R nastoji napraviti ovaj okret u suprotnom smjeru.
Prepisivanjem ovog izraza u sljedećim oblicima dobijamo ravnotežne uslove za polugu:
RdR=FdF;
dR/dF=F/R
Dobili smo pisane jednakosti koristeći koncept momenta sile. U III veku pne. e. Grčki filozofi nisu znali za ovaj fizički koncept, međutim, Arhimed je uspostavio inverznu vezu između odnosa sila koje djeluju na krakove poluge i dužine ovih krakova kao rezultat eksperimentalnih opažanja.
Snimljene jednakosti pokazuju da smanjenje dužine ruke dR doprinosi nastanku mogućnosti dizanja velikih tegova uz pomoć male sile F i a duga ruka dF R teret.
Šta je blok u fizici?
Blok je još jedan jednostavan mehanizam, koji je okrugli cilindar sa utorom duž perimetra cilindrične površine. Brazda služi za pričvršćivanje užeta ili lanca. Blok ima os rotacije. Slika prikazuje primjer bloka koji pokazuje kako funkcionira.
Ovaj blok se zove fiksni. Ne daje dobit u snazi, ali vam omogućava da promijenite njegov smjer.
Pored fiksnog bloka, postoji i pokretni blok. Sistem pokretnih i fiksnih blokova je prikazan ispod.
Ako se na ovaj sistem primeni pravilo momenata, dobijamodobitak na snazi je dva puta, ali u isto vrijeme gubimo istu količinu na putu (na slici F=60 N).
Sistem poluga i blokova
Kao što je pomenuto u prethodnim paragrafima, poluga se može koristiti za dobijanje putanje ili moći, dok blok omogućava da dobijete moć i promenite smer njenog delovanja. Ova svojstva razmatranih jednostavnih mehanizama koriste se u sistemima poluga i blokova. U ovim sistemima, svaki element uzima određenu silu i prenosi je na druge elemente tako da dobijemo originalnu silu kao izlaz.
Lakoća rada poluge i bloka i fleksibilnost njihove strukturne upotrebe omogućavaju sastavljanje složenih mehanizama iz takve kombinacije.
Primjeri korištenja sistema jednostavnih mehanizama
U stvari, sve mašine koje nas okružuju su sistemi poluga i blokova. Evo najpoznatijih primjera:
- pisaća mašina;
- klavir;
- dizalica;
- sklopive skele;
- podesivi kreveti i stolovi;
- skup ljudskih kostiju, zglobova i mišića.
Ako je ulazna sila u svakom od ovih sistema poznata, tada se izlazna sila može izračunati sukcesivnom primjenom pravila poluge na svaki element sistema.
