Čovječanstvo već dugo koristi jednostavne mašine i mehanizme da fizički rad učini lakšim i jednostavnijim. Jedan od ovih mehanizama je poluga. Šta je poluga u fizici, koja formula opisuje njen balans i koje su vrste poluga - sva ova pitanja otkrivamo u članku.
Concept
Poluga u fizici je mehanizam koji se sastoji od grede ili daske i jednog oslonca. Oslonac općenito dijeli gredu na dva nejednaka dijela, koji se nazivaju krakovi poluge. Potonji može izvesti rotacijski pokret oko tačke oslonca.
Budući da je jednostavan mehanizam, poluga je dizajnirana za obavljanje fizičkog rada sa povećanjem snage ili u tranzitu. Primijenjene sile djeluju na krakove poluge tokom njenog rada. Jedna od njih je moć otpora. Nastaje težinom tereta koji treba pomjeriti (podići). Druga sila je neka vanjska sila, koja se u većini slučajeva primjenjuje na krak poluge uz pomoć ljudskih ruku.
Slika iznad prikazuje tipičnu polugu sadva ramena. Kasnije u članku će biti objašnjeno zašto se odnosi na leveridž druge vrste.
Pravilo poluge izgleda ovako:
SilaRuka sile=OpterećenjeRuka opterećenja
Moment sile
Napravimo malo digresije od teme poluge u fizici i razmotrimo važnu fizičku veličinu za razumijevanje njenog rada. Radi se o momentu sile. To je proizvod sile i dužine kraka njene primjene, što je matematički zapisano na sljedeći način:
M=Fd
Važno je ne brkati, krak sile d i krak poluge, generalno, to su različiti pojmovi.
Moment sile pokazuje sposobnost potonjeg da napravi zaokret u sistemu. Dakle, mnogi ljudi znaju da je mnogo lakše otvoriti vrata kvakom nego ih gurnuti blizu šarki, ili je lakše odvrnuti maticu na vijku dugim ključem nego kratkim.
Moment sile je vektor. Da bismo razumjeli rad jednostavnog mehanizma poluge u fizici, dovoljno je znati da se moment smatra pozitivnim ako sila teži da okrene polugu u smjeru suprotnom od kazaljke na satu. Ako teži da se okrene u smjeru kazaljke na satu, tada treba uzeti trenutak sa predznakom minus.
Ravnoteža poluge u fizici
Da biste lakše razumjeli pod kojim uslovima će poluga biti u ravnoteži, razmotrite sljedeću sliku.
Ovdje su prikazane dvije sile: opterećenje R i vanjska sila F primijenjene da se ovo prevaziđeopterećenja. Krakovi ovih sila su jednaki dR i dF, respektivno. U stvari, postoji još jedna sila - reakcija oslonca, koja djeluje okomito prema gore na mjestu kontakta između grede i oslonca poluge. Pošto je rame ove sile jednako nuli, neće se dalje razmatrati pri određivanju uslova ravnoteže.
Prema statici, rotacija sistema je nemoguća ako je zbir momenata vanjskih sila jednak nuli. Napišimo zbir ovih trenutaka, uzimajući u obzir njihov predznak:
RdR- FdF=0.
Napisana jednakost odražava dovoljan uslov ravnoteže za polugu. Ako na polugu ne djeluju dvije sile, već više, onda će ovo stanje i dalje ostati. Samo umjesto zbira dva momenta sila, bit će potrebno pronaći zbir svih momenata djelujućih sila i izjednačiti ih sa nulom.
Pobjeda je jaka i na putu
Izraz za momente sila poluge u fizici, koji je napisan u prethodnom pasusu, biće prepisan u sljedećem obliku:
RdR=FdF
Iz gornje formule slijedi:
dR / dF=F / R.
Ova jednakost kaže da je za održavanje ravnoteže potrebno da sila F bude onoliko puta veća od težine tereta R, koliko puta je njegov krak dF manje od ruke d R. Pošto veći krak u procesu pomeranja poluge putuje dužom putanjom od manjeg kraka, dobijamo priliku da isti posao obavimo koristeći polugu na dva načina:
- primijenite više sile F i pomaknite rame premakratka udaljenost;
- primijenite malu silu F i pomaknite rame na veliku udaljenost.
U prvom slučaju se govori o dobitku na putu u procesu pomeranja tereta R, u drugom slučaju dobija se dobit na snazi, pošto F < R.
Gdje se koristi poluga i šta je ona?
U zavisnosti od tačke primene sila poluge u fizici i položaja oslonca, najjednostavniji mehanizam može biti tri tipa:
- Ovo je poluga s dvije ruke, u kojoj je oslonac jednako uklonjen sa oba kraja grede. Ovisno o omjeru dužina ruku, ova vrsta poluge vam omogućava da pobijedite kako u načinu tako i u snazi. Primjeri njegove upotrebe uključuju vage, kliješta, makaze, izvlakač noktiju, ljuljačku za bebe.
- Poluga druge vrste je jednokraka, odnosno oslonac se nalazi blizu jednog od njenih krajeva. U ovom slučaju, vanjska sila se primjenjuje na drugi kraj grede, a sila opterećenja djeluje između oslonca i vanjske sile, što vam omogućava da pobijedite upravo u ovoj sili. Kolica ili orašara su vrhunski primjeri ove vrste poluge.
- Treći tip mehanizma predstavljen je primjerima kao što su štap za pecanje ili pinceta. Ova poluga je također jednokraka, ali je vanjska primijenjena sila već bliža osloncu nego mjestu primjene opterećenja. Ovaj dizajn jednostavnog mehanizma omogućava vam da pobijedite na cesti, ali izgubite snagu. Zato je malu ribu teško držati pincetom na utezi na kraju štapa za pecanje ili teškom predmetu.
Da ponovim, poluga u fizici dozvoljava samoolakšava obavljanje ovog ili onog posla premještanja robe, ali vam ne dozvoljava da pobijedite u ovom poslu.
