Ravnoteža u fizici je stanje sistema u kojem se nalazi u relativnom mirovanju u odnosu na okolne objekte. Statika je proučavanje uslova ravnoteže. Jedan od mehanizama, poznavanje uslova ravnoteže za čije djelovanje je od fundamentalnog značaja, je poluga. Razmotrite u članku koje su vrste poluge.
Šta je to u fizici?
Prije nego pričamo o vrstama poluga (iz fizike 7. razred polaže ovu temu), hajde da definišemo ovaj uređaj. Poluga je jednostavan mehanizam koji vam omogućava pretvaranje sile u udaljenost i obrnuto. Poluga ima jednostavan uređaj, sastoji se od grede (daske, šipke), koja ima određenu dužinu, i jednog oslonca. Položaj nosača nije fiksan, pa se može nalaziti i na sredini grede i na njenom kraju. Odmah napominjemo da položaj oslonca generalno određuje tip poluge.
Ovu drugu koristi ljudi od pamtivijeka. Dakle, poznato je da su u staroj Mezopotamiji ili u Egiptu uz pomoć nje podizali vodu iz rijeka ili pomicali ogromno kamenje tokomizgradnja raznih objekata. Aktivno se koristila poluga u staroj Grčkoj. Jedini sačuvani pisani dokazi o upotrebi ovog jednostavnog mehanizma su Plutarhovi "Paralelni životi", gdje filozof daje primjer Arhimedove upotrebe sistema blokova i poluga.
Koncept obrtnog momenta
Razumevanje principa rada različitih tipova poluga u fizici moguće je ako se proučava pitanje ravnoteže mehanizma koji se razmatra, a koji je usko povezan sa konceptom momenta sile.
Moment sile je vrijednost koja se dobija množenjem sile sa rastojanjem od tačke njene primene do ose rotacije. Ova udaljenost se naziva "rame sile". Označimo F i d - silu i njeno rame, respektivno, onda dobijamo:
M=Fd
Moment sile pruža mogućnost rotacije oko ove ose cijelog sistema. Živopisni primjeri u kojima možete uočiti moment sile u akciji su odvrtanje matice ključem ili otvaranje vrata ručkom koja je daleko od šarki vrata.
Okretni moment je vektorska veličina. Prilikom rješavanja problema često se mora voditi računa o njegovom predznaku. Treba imati na umu da svaka sila koja uzrokuje rotaciju sistema tijela u smjeru suprotnom od kazaljke na satu stvara moment sile sa predznakom +.
Stanje poluge
Slika iznad prikazuje tipičnu polugu i označene su sile koje djeluju na nju. Kasnije će u članku biti rečeno da je -poluga prve vrste. Ovdje slova F i R označavaju vanjsku silu i određenu težinu tereta, respektivno. Također možete vidjeti da je oslonac pomaknut od centra, tako da dužine krakova dF i dR nisu jednake jedna drugoj.
U statici je pokazano da se poluga ne pomiče kao cijeli mehanizam, zbir svih sila koje djeluju na nju mora biti jednak nuli. Zabilježili smo samo dva od njih. U stvari, postoji i treći, koji je suprotan ova dva i jednak njihovom zbiru - ovo je reakcija podrške.
Da poluga ne bi vršila rotacijske pokrete, potrebno je da zbir svih momenata sila bude jednak nuli. Rame sile reakcije oslonca je nula, tako da ne stvara trenutak. Ostaje da zapišemo momente sila F i R:
RdR- FdF=0=>
RdR=FdF
Zabilježeni uvjet ravnoteže poluge kao formula, također dato:
dR/dF=F/R
Ova jednakost znači da da se poluga ne bi rotirala, vanjska sila mora biti onoliko puta veća (manja) od težine tereta koji se podiže, koliko puta je krak ove sile manji (veći) od ruke na koju težina djeluje na teret.
Data formulacija znači da koliko puta pobijedimo na putu uz pomoć razmatranog mehanizma, isto toliko gubimo na snazi.
Poluga prve vrste
Prikazano je u prethodnom pasusu. Ovdje samo kažemo da se za polugu ovog tipa oslonac nalazi između djelujućih sila F i R. U zavisnosti od omjera dužina krakova, takva poluga možekoristiti i za dizanje utega i za ubrzavanje tijela.
Mehaničke vage, makaze, izvlakač eksera, katapult su primjeri poluga prve vrste.
U slučaju ravnoteže imamo dva kraka iste dužine, tako da se ravnoteža poluge postiže samo kada su sile F i R jednake jedna drugoj. Ova činjenica se koristi za vaganje tijela nepoznate mase upoređivanjem sa referentnom vrijednošću.
Makaze i hvatač za nokte su vrhunski primjeri dobivanja snage, ali gubljenja na putu. Svi znaju da što je bliže osi makaza list papira, to ga je lakše rezati. Naprotiv, ako pokušate rezati papir vrhovima makaza, postoji velika vjerovatnoća da će ga početi "žvakati". Što je duža ručka makaze ili izvlakača za nokte, lakše je izvršiti odgovarajuću operaciju.
Što se tiče katapulta, ovo je živopisan primjer dobijanja uz pomoć poluge na putu, a samim tim i u ubrzanju koje njegovo rame daje projektilu.
Poluga druge vrste
U svim polugama druge vrste, oslonac se nalazi blizu jednog od krajeva grede. Ovakav raspored dovodi do prisustva samo jednog ramena na poluzi. U ovom slučaju, težina tereta se uvijek nalazi između oslonca i vanjske sile F. Raspored sila u poluzi druge vrste dovodi do jedinog korisnog rezultata: povećanja snage.
Primjeri ove vrste poluge su kolica koja se koriste za nošenje teških tereta i orašivač. U oba slučaja gubitak na putu nema nikakvu negativnu vrijednost. Dakle, u slučaju ručnogkolica, važno je samo držati teret na težini dok se kreće. U ovom slučaju, primijenjena sila je nekoliko puta manja od težine tereta.
Poluga treće vrste
Dizajn ove poluge je po mnogo čemu sličan prethodnoj. Oslonac se u ovom slučaju također nalazi na jednom od krajeva grede, a poluga ima jednu ruku. Međutim, mjesto djelovanja sila u njemu je potpuno drugačije nego kod poluge druge vrste. Tačka primjene sile F je između težine tereta i oslonca.
Lopata, barijera, štap za pecanje i pinceta su upečatljivi primjeri ove vrste poluge. U svim ovim slučajevima pobjeđujemo na putu, ali dolazi do značajnog gubitka snage. Na primjer, da biste pincetom držali težak teret, morate primijeniti veliku silu F, tako da korištenje ovog alata ne znači da njime držite teške predmete.
U zaključku, napominjemo da sve vrste poluga rade na istom principu. Oni ne daju dobit u radu transporta robe, već vam samo omogućavaju da ovaj posao preraspodijelite u pravcu njegove pogodnije implementacije.
