Момент силы. Рычаги в природе, технике, быту

Вспомним правило равновесия рычага. Рычаг находится в равновесии тогда, когда силы, действующие на него, обратно пропорциональны плечам этих сил.

Перепишем это равенство в другом виде (подобное преобразование в математике проводят, используя свойство пропорции).

В левой части равенства стоит произведение модуля силы «эф» один и соответствующего плеча «эль» один. Справа – произведения «эф» два и «эль» два. Произведение модуля силы на её плечо – новая физическая величина, которая называется моментом силы.

Тогда условие равновесия для рычага можно сформулировать так: Рычаг находится в равновесии под действием двух сил, если момент силы, вращающей его по часовой стрелке, равен моменту силы, вращающей его против часовой стрелки. Это правило записывается в буквенном виде так:

Данное правило называют правилом моментов.

За единицу момента силы принято принимать момент силы в 1 Н, плечо которой равно 1 м. Единица момента силы называется ньютон-метр.

Вспомним пример, который мы уже рассматривали ранее. Моменты этих сил равны при равновесии рычага. Момент силы — одна из основных величин, изучаемых в курсе физики. Эта физическая величина характеризует действие силы, показывает, что оно зависит и от модуля силы, и от ее плеча.

Как вы думаете, в каком случае нести груз легче? В первом. Момент сил в первом случае меньше, чем во втором.

С рычагами мы ежедневно встречаемся в быту. Например, ножницы. Ось вращения ножниц проходит через винт. В ножницах, которые предназначены только для резки бумаги, ручки расположены недалеко от винта. То есть плечо невелико. Ведь для резки бумаги не нужно прикладывать много усилий. Режущие части могут быть достаточной длины. Ножницы для резки металлов или подрезки кустов имеют значительно большее плечо (кратчайшее расстояние от точки опоры до прямой, вдоль которой действует сила). Так как на выходе должна быть значительная сила, чтобы можно было справиться с сопротивлением материала. Режущие части короткие.

В кусачках разница между длиной ручек и расстояния до режущей части еще больше. Так для перекусывания проволоки требуется еще больше усилий.

Клавиши и педали пианино, ручка швейной машинки, педали велосипеда, весы – это все примеры рычагов, которые мы используем в практической жизни для увеличения своей силы.

Простые механизмы так же часто встречаются и в строительной технике. Подъемный кран. Груз действует на стрелу крана с одной стороны, чтобы кран не перевернулся, с противоположной стороны находится противовес. Перемещение противовеса увеличивает или уменьшает момент силы в зависимости от того, какой груз необходимо поднять.

Еще один пример рычага — это рычаг переключения коробки передач в автомобиле. Рычаг переключения передач в салоне – короткая часть рычага. Длинное плечо рычага находится под днищем транспортного средства, оно длиннее короткого примерно в два раза. Выбирая соответствующую передачу, длинное плечо под днищем выберет вал, который будет вращать колеса с определенной частотой. Также легко заметить, что рычаг переключения передач в автомобиле, короче, чем в автобусе. Так как в большегрузных автомобилях переключить передачу тяжелее.

Попробуйте подержать тяжелый предмет, отставив руку, это довольно тяжело. Такие упражнения используют для того, чтобы накачать мышцы руки. Рычагом при этом является наша рука, а плечевой сустав — точка опоры. Поговорим о прыжках в высоту с шестом. Спортсмены, используя длинный шест около 5 метров, способны поднять свое тело на высоту до шести метров. Прикладывая только мускульную силу, на такую высоту не сможет подняться ни один человек. Шест перегибается и в месте перегиба, на расстоянии около трех метров, справа и слева от этой точки шест действует как рычаг. Используя специальную технику прыжка, спортсмен поднимается на высоту. Рычаги встречаются также в разных частях тела животных и человека. Это, например, конечности, челюсти. Много рычагов можно указать в теле насекомых, птиц, в строении растений.