Как рассчитать рычаг

Рычаг — древнейший механизм для поднятия тяжестей. Он представляет собой перекладину, которая вращается вокруг точки опоры. Несмотря на то, что сейчас очень немало всяких других приспособлений, рычаг своей актуальности не потерял. Он является составной частью многих современных устройств. Чтобы эти устройства работали, необходимо рассчитать длину плеча рычага точно так же, как это доводилось делать еще Архимеду. Рычаги использовались и в более древние времена, но первое письменное объяснение оставил как раз великий греческий ученый. Именно он связал воедино длину плеча рычага, силы и груза.

Вам понадобится

• приборы:
• - прибор для измерения длины;
• - калькулятор.
• математические и физические формулы и понятия:
• - закон сохранения энергии;
• - определение плеча рычага;
• - определение силы;
• - свойства подобных треугольников;
• - вес груза, который необходимо переместить.

Инструкция

1. Начертите схему рычага, обозначив на ней силы F1 и F2, действующие на оба его плеча. Обозначьте плечи рычага как D1 и D2. Плечи обозначаются от точки опоры до точки приложения силы. На схеме постройте 2 прямоугольных треугольника, их катетами будет являться расстояние, на которое необходимо переместить одно плечо рычага и на которое переместится при этом другое плечо и собственно плечи рычага, а гипотенузой — расстояние между точкой приложения силы и точкой опоры. У вас получатся подобные треугольники, поскольку в случае приложения силы к одному плечу второе отклонится от исходной горизонтали на точно такой же угол, что и первое.
2. Вычислите расстояние, на которое необходимо переместить рычаг. Если вам дан реальный рычаг, который необходимо переместить на реальное расстояние, просто измерьте длину нужного отрезка с помощью линейки или рулетки. Обозначьте это расстояние как Δh1.
3. Вычислите работу, которую должна совершить сила F1, чтобы передвинуть рычаг на нужное вам расстояние. Работа вычисляется по формуле A=F*Δh, В данном случае формула будет выглядеть как А1=F1*Δh1, где F1 — сила, действующая на первое плечо, а Δh1- уже известное вам расстояние. По той же самой формуле вычислите работу, которую должна совершить сила, действующая на второе плечо рычага. Эта формула будет выглядеть как A2=F2*Δh2.
4. Вспомните закон сохранения энергии для замкнутой системы. Работа, которую совершает сила, действующая на первое плечо рычага, должна быть равна той, которую совершает противодействующая ей сила на втором плече рычага. То есть получается, что А1=А2, а F1*Δh1= F2*Δh2.
5. Вспомните соотношения сторон в подобных треугольниках. Отношение катетов одного из них равно отношению катетов другого, то есть Δh1/Δh2=D1/D2, где D — длина одного и другого плеча. Заменив соотношения на равные им в соответствующих формулах, получаем следующее равенство:F1*D1=F2*D2.
6. Вычислите передаточное число I. Оно равно отношению нагрузки и приложенной силы для ее перемещения, то есть i=F1/F2=D1/D2.