การใช้กฎสมดุลของคันโยกกับบล็อก: กฎทองของกลศาสตร์ คันโยก
คุณรู้หรือไม่ว่าบล็อกคืออะไร? นี่คือของทรงกลมที่มีตะขอสำหรับยกของให้สูงในพื้นที่ก่อสร้าง
มันดูเหมือนคันโยกหรือเปล่า? แทบจะไม่. อย่างไรก็ตาม การบล็อกก็เป็นกลไกง่ายๆ เช่นกัน ยิ่งไปกว่านั้น เราสามารถพูดคุยเกี่ยวกับการบังคับใช้กฎสมดุลของคันโยกกับบล็อกได้ สิ่งนี้เป็นไปได้อย่างไร? ลองคิดดูสิ
การใช้กฎแห่งสมดุล
บล็อกเป็นอุปกรณ์ที่ประกอบด้วยล้อที่มีร่องซึ่งมีสายเคเบิล เชือก หรือโซ่ลอดผ่าน ตลอดจนคลิปที่มีตะขอติดอยู่กับเพลาล้อ บล็อกสามารถแก้ไขได้หรือเคลื่อนย้ายได้ บล็อกคงที่มีแกนคงที่และไม่เคลื่อนที่เมื่อยกหรือลดโหลด บล็อกที่อยู่นิ่งช่วยเปลี่ยนทิศทางของแรง ด้วยการโยนเชือกข้ามสิ่งกีดขวางดังกล่าวซึ่งห้อยอยู่ด้านบน เราก็สามารถยกของขึ้นด้านบนได้ในขณะที่ตัวเราอยู่ด้านล่าง อย่างไรก็ตาม การใช้บล็อกคงที่ไม่ได้ทำให้เรามีความแข็งแกร่งเพิ่มขึ้น เราสามารถจินตนาการถึงบล็อกในรูปแบบของคันโยกที่หมุนรอบส่วนรองรับคงที่ - แกนของบล็อก จากนั้นรัศมีของบล็อกจะเท่ากับแขนที่ใช้กับแรงทั้งสองข้าง - แรงดึงของเชือกของเราที่มีภาระอยู่ด้านหนึ่งและแรงโน้มถ่วงของโหลดอีกด้านหนึ่ง ไหล่จะเท่ากันดังนั้นจึงไม่มีกำลังเพิ่มขึ้น
สถานการณ์แตกต่างกับบล็อกที่กำลังเคลื่อนที่ บล็อกที่กำลังเคลื่อนที่จะเคลื่อนที่ไปพร้อมกับน้ำหนักบรรทุกราวกับว่ามันวางอยู่บนเชือก ในกรณีนี้ จุดศูนย์กลางในแต่ละช่วงเวลาจะอยู่ที่จุดสัมผัสของบล็อกโดยมีเชือกอยู่ด้านหนึ่ง ผลกระทบของโหลดจะถูกนำไปใช้กับศูนย์กลางของบล็อกโดยที่ติดกับแกน และแรงดึงจะถูกนำมาใช้ที่จุดที่สัมผัสกับเชือกที่อยู่อีกด้านของบล็อก นั่นคือไหล่ของน้ำหนักตัวจะเป็นรัศมีของบล็อกและไหล่ของแรงผลักของเราจะเป็นเส้นผ่านศูนย์กลาง เส้นผ่านศูนย์กลางดังที่ทราบกันดีว่าเป็นรัศมีสองเท่าดังนั้นแขนจึงมีความยาวต่างกันสองเท่าและความแข็งแกร่งที่ได้รับจากความช่วยเหลือของบล็อกที่เคลื่อนย้ายได้นั้นเท่ากับสองเท่า ในทางปฏิบัติ จะใช้การรวมกันของบล็อกคงที่และบล็อกที่เคลื่อนย้ายได้ บล็อกที่ติดอยู่ที่ด้านบนไม่ได้เพิ่มความแข็งแรงแต่อย่างใด แต่ช่วยยกของขณะยืนอยู่ด้านล่าง และบล็อกเคลื่อนที่ซึ่งเคลื่อนที่ไปพร้อมกับน้ำหนักบรรทุกจะเพิ่มแรงที่ใช้เป็นสองเท่าช่วยยกของขนาดใหญ่ให้สูงขึ้น
กฎทองของกลศาสตร์
คำถามเกิดขึ้น: อุปกรณ์ที่ใช้มีประโยชน์ในการทำงานหรือไม่? งานเป็นผลคูณของระยะทางที่เดินทางและแรงที่ใช้ พิจารณาคันโยกที่มีแขนซึ่งมีความยาวแขนต่างกันสองเท่า คันโยกนี้จะทำให้เราแข็งแกร่งขึ้นสองเท่า อย่างไรก็ตาม เลเวอเรจที่มากกว่าสองเท่าจะเดินทางได้ไกลถึงสองเท่า นั่นคือแม้จะมีความแข็งแกร่งเพิ่มขึ้น แต่งานที่ทำเสร็จแล้วก็จะเหมือนเดิม นี่คือความเท่าเทียมกันของงานเมื่อใช้กลไกง่ายๆ: จำนวนครั้งที่เราได้รับความแข็งแกร่ง, จำนวนครั้งที่เราสูญเสียระยะทาง กฎนี้เรียกว่ากฎทองของกลศาสตร์และใช้ได้กับกลไกง่ายๆ ทั้งหมดอย่างแน่นอน นั่นเป็นเหตุผล กลไกง่ายๆอำนวยความสะดวกในการทำงานของบุคคล แต่อย่าลดงานที่เขาทำ พวกเขาช่วยแปลความพยายามประเภทหนึ่งไปเป็นอีกประเภทหนึ่งซึ่งสะดวกกว่าในสถานการณ์เฉพาะ
§ 03-i กฎความสมดุลของคันโยก
แม้กระทั่งก่อนยุคของเราผู้คนก็เริ่มใช้ คันโยกในธุรกิจรับเหมาก่อสร้าง ตัวอย่างเช่น ในภาพ คุณเห็นการใช้คันโยกเพื่อยกน้ำหนักระหว่างการก่อสร้างปิรามิดในอียิปต์
คันโยกเรียกว่าวัตถุแข็งเกร็งที่สามารถหมุนรอบแกนใดแกนหนึ่งได้คันโยกไม่จำเป็นต้องเป็นวัตถุที่ยาวและบาง ตัวอย่างเช่น ล้อใดๆ ก็เป็นคันโยก เนื่องจากล้อสามารถหมุนรอบแกนได้
ขอแนะนำสองคำจำกัดความ แนวการกระทำของกำลังลองเรียกเส้นตรงที่ผ่านเวกเตอร์แรงกันดีกว่า ไหล่แห่งความแข็งแกร่งลองเรียกระยะทางที่สั้นที่สุดจากแกนของคันโยกถึงแนวแรง- จากเรขาคณิต คุณจะรู้ว่าระยะทางที่สั้นที่สุดจากจุดหนึ่งไปยังอีกเส้นหนึ่งคือระยะทางที่ตั้งฉากกับเส้น
ให้เราอธิบายคำจำกัดความเหล่านี้ ในภาพด้านซ้าย คันโยกคือคันเหยียบ- แกนหมุนของมันผ่านจุดนั้น เกี่ยวกับ- มีการใช้แรงสองแรงกับแป้นเหยียบ: เอฟ 1 คือแรงที่เท้ากดบนแป้นเหยียบ และ เอฟ 2 – แรงยืดหยุ่นของสายเคเบิลแรงดึงที่ติดอยู่กับแป้นเหยียบ ผ่านเวกเตอร์ เอฟแนวแรง 1 เส้น (แสดงด้วยเส้นประ) และโดยการสร้างเส้นตั้งฉากกับแรงจากสิ่งที่เรียกว่า เกี่ยวกับเราจะได้ ส่วน OA – แขนแห่งแรง F 1
ด้วยความแข็งแกร่ง เอฟ 2 สถานการณ์ง่ายกว่า: ไม่จำเป็นต้องวาดเส้นการกระทำเนื่องจากเวกเตอร์ของมันตั้งอยู่ได้สำเร็จมากกว่า มีการสร้างจากดังนั้น เกี่ยวกับตั้งฉากกับแนวการกระทำของแรง เอฟ 2 เราได้รับ ส่วน OB – แขนแห่งกำลัง เอฟ 2 .
การใช้คันโยก แรงเพียงเล็กน้อยก็สามารถปรับสมดุลของแรงขนาดใหญ่ได้- ตัวอย่างเช่น ลองพิจารณายกถังจากบ่อ (ดูรูปใน § 5-b) คันโยกคือ ดี ประตู– ท่อนไม้ที่มีด้ามจับโค้งติดอยู่- แกนการหมุนของประตูผ่านท่อนไม้ แรงที่น้อยกว่าคือแรงที่มือของบุคคล และแรงที่มากกว่าคือแรงที่โซ่ดึงลง
ด้านขวาเป็นแผนผังของประตู คุณเห็นไหล่นั้น ความแข็งแกร่งมากขึ้นเป็นส่วนหนึ่ง โอ.บี.และไหล่ที่มีกำลังน้อยกว่าคือส่วน โอเอ- เป็นที่ชัดเจนว่า โอเอ > โอบี- กล่าวอีกนัยหนึ่ง ไหล่ที่มีกำลังน้อยกว่าจะมีขนาดใหญ่กว่าไหล่ที่มีกำลังมากกว่า- รูปแบบนี้เป็นจริงไม่เพียงแต่กับประตูเท่านั้น แต่ยังรวมถึงคันโยกอื่นๆ ด้วย
การทดลองแสดงให้เห็นว่า เมื่อคันโยกอยู่ในสมดุลไหล่ของแรงที่เล็กกว่านั้นมากกว่าไหล่ของแรงที่ใหญ่กว่าหลายเท่า แรงที่ใหญ่กว่านั้นมากกว่าแรงที่เล็กกว่ากี่เท่า:
ให้เราพิจารณาคันโยกประเภทที่สอง - บล็อก- สามารถเคลื่อนย้ายหรือเคลื่อนที่ไม่ได้ (ดูรูป)
§ 35. ช่วงเวลาแห่งพลัง สภาวะสมดุลของคันโยก
คันโยกเป็นกลไกที่ง่ายที่สุดและไม่ใช่กลไกที่เก่าแก่ที่สุดที่บุคคลใช้ กรรไกร มีดตัดลวด พลั่ว ประตู ไม้พาย พวงมาลัย และหัวเกียร์ในรถยนต์ ล้วนทำงานบนหลักการของคันโยก ในระหว่างการก่อสร้างปิรามิดของอียิปต์มีการยกหินที่มีน้ำหนักสิบตันโดยใช้คันโยก
คันโยก กฎการใช้ประโยชน์
คันโยกคือแกนที่สามารถหมุนรอบแกนคงที่ได้ แกน O ตั้งฉากกับระนาบของรูปที่ 35.2 แขนขวาของคันโยกความยาว l 2 ถูกกระทำด้วยแรง F 2 และแขนซ้ายของคันโยกความยาว l 1 ถูกกระทำด้วยแรง F 1 ความยาวของแขนคันโยก l 1 และ l 2 คือ วัดจากแกนหมุน O ถึงเส้นแรงที่สอดคล้องกัน F 1 และ F 2 .
ปล่อยให้แรง F 1 และ F 2 เป็นเช่นนั้นจนคันโยกไม่หมุน การทดลองแสดงให้เห็นว่าในกรณีนี้เป็นไปตามเงื่อนไขต่อไปนี้:
ฉ 1 ∙ ล. 1 = ฉ 2 ∙ ล. 2 . (35.1)
ลองเขียนความเท่าเทียมกันนี้ใหม่ให้แตกต่างออกไป:
ฉ 1 /ฉ 2 =ล. 2 /ล. 1. (35.2)
ความหมายของนิพจน์ (35.2) มีดังนี้ ไหล่ l 2 ยาวกว่าไหล่กี่ครั้ง l 1 จำนวนเท่าของขนาดของแรง F 1 มากกว่าขนาดของแรง F 2 ข้อความนี้ เรียกว่ากฎแห่งการงัด และอัตราส่วน F 1 / F 2 คือกำลังที่เพิ่มขึ้น
ในขณะที่เรามีกำลังเพิ่มขึ้น เราก็จะสูญเสียระยะทาง เนื่องจากเราต้องลดไหล่ขวาลงมากเพื่อยกปลายด้านซ้ายของแขนคันโยกขึ้นเล็กน้อย
แต่ไม้พายของเรือได้รับการแก้ไขในแถวเพื่อให้เราดึงแขนสั้นของคันโยกโดยใช้แรงอย่างมาก แต่เราได้รับความเร็วเพิ่มขึ้นที่ปลายแขนยาว (รูปที่ 35.3)
หากแรง F 1 และ F 2 มีขนาดและทิศทางเท่ากัน คันโยกจะอยู่ในสภาวะสมดุลโดยที่ l 1 = l 2 นั่นคือแกนการหมุนอยู่ตรงกลาง แน่นอนว่าในกรณีนี้เราจะไม่ได้รับความแข็งแกร่งใดๆ พวงมาลัยของรถดูน่าสนใจยิ่งขึ้น (รูปที่ 35.4)
ข้าว. 35.1. เครื่องมือ
ข้าว. 35.2. คันโยก
ข้าว. 35.3. พายช่วยให้คุณเพิ่มความเร็ว
ข้าว. 35.4. คุณเห็นคันโยกกี่คันในภาพนี้?
ช่วงเวลาแห่งพลัง สภาพสมดุลของคันโยก
แขนรับแรง l คือระยะห่างที่สั้นที่สุดจากแกนหมุนถึงแนวแรง ในกรณี (รูปที่ 35.5) เมื่อแนวแรง F ก่อตัวขึ้น มุมแหลมเมื่อใช้ประแจ แขนของแรง l จะน้อยกว่าแขน l 2 ในกรณีนี้ (รูปที่ 35.6) โดยที่แรงนั้นตั้งฉากกับประแจ
ข้าว. 35.5. เลเวอเรจน้อยลง
ผลคูณของแรง F และความยาวแขน l เรียกว่าโมเมนต์ของแรงและเขียนแทนด้วยตัวอักษร M:
M = F ∙ ล. (35.3)
โมเมนต์ของแรงวัดเป็น Nm ในกรณี (รูปที่ 35.6) จะหมุนน็อตได้ง่ายกว่าเพราะโมเมนต์แรงที่เรากระทำกับคีย์นั้นมีมากกว่า
จากความสัมพันธ์ (35.1) ตามมาว่าในกรณีที่แรงสองแรงกระทำต่อคันโยก (รูปที่ 35.2) เงื่อนไขสำหรับการไม่มีการหมุนของคันโยกคือแรงบิดของแรงที่พยายามหมุนตามเข็มนาฬิกา (F 2 ∙ l 2) ควรเท่ากับโมเมนต์แรงที่พยายามหมุนคันโยกทวนเข็มนาฬิกา (F 1 ∙ l 1)
หากมีแรงมากกว่าสองแรงกระทำต่อคันโยก กฎสำหรับความสมดุลของคันโยกจะมีลักษณะดังนี้: คันโยกจะไม่หมุนรอบแกนคงที่ หากผลรวมของโมเมนต์ของแรงทั้งหมดที่หมุนร่างกายตามเข็มนาฬิกาเท่ากับผลรวมของ โมเมนต์ของแรงทั้งหมดหมุนทวนเข็มนาฬิกา
หากโมเมนต์ของแรงสมดุล คันโยกจะหมุนไปในทิศทางที่โมเมนต์ที่ใหญ่กว่านั้นหมุน
ตัวอย่างที่ 35.1
โหลดที่มีน้ำหนัก 200 กรัม ถูกแขวนไว้จากแขนซ้ายของคันโยกยาว 15 ซม. ที่ระยะห่างจากแกนการหมุนจะต้องแขวนไว้ประมาณเท่าใด เพื่อให้คันโยกอยู่ในภาวะสมดุล
ข้าว. 35.6. ไหล่ l มีขนาดใหญ่กว่า
วิธีแก้ปัญหา: โมเมนต์ของภาระแรก (รูปที่ 35.7) เท่ากับ: M 1 = ม. 1 ก. ∙ ล. 1
โมเมนต์ของการโหลดครั้งที่สอง: M 2 = m 2 g ∙ l 2
ตามกฎสมดุลของคันโยก:
M 1 = M 2 หรือ ม. 1 ∙ ล. 1 = ม. 2 ก. ∙ ล. 2
ดังนั้น: ล. 2 = .
การคำนวณ: l 2 = = 20 ซม.
คำตอบ: ความยาวของแขนขวาของคันโยกในตำแหน่งสมดุลคือ 20 ซม.
อุปกรณ์ : ลวดอ่อนและแข็งแรงพอสมควร ยาวประมาณ 15 ซม., คลิปหนีบกระดาษ, ไม้บรรทัด, ด้าย
ความก้าวหน้าของงาน. วางห่วงด้ายไว้บนลวด ประมาณกลางเส้นลวด ขันห่วงให้แน่น จากนั้นแขวนลวดไว้บนด้าย (ติดด้ายเช่นโคมไฟตั้งโต๊ะ) ปรับสมดุลลวดด้วยการเลื่อนห่วง
ใส่คันบังคับทั้งสองด้านของตรงกลางด้วยโซ่ ปริมาณที่แตกต่างกันคลิปหนีบกระดาษและบรรลุความสมดุล (รูปที่ 35.8) วัดความยาวของแขน l 1 และ l 2 ด้วยความแม่นยำ 0.1 ซม. เราจะวัดแรงใน "คลิปหนีบกระดาษ" บันทึกผลลัพธ์ของคุณในตาราง
ข้าว. 35.8. การศึกษาสมดุลของคันโยก
เปรียบเทียบค่าของ A และ B สรุปผล
น่าสนใจที่จะรู้
*ปัญหาในการชั่งน้ำหนักที่แม่นยำ
คันโยกใช้ในเครื่องชั่ง และความแม่นยำในการชั่งน้ำหนักขึ้นอยู่กับความยาวของแขนที่ตรงกัน
เครื่องชั่งเชิงวิเคราะห์สมัยใหม่สามารถชั่งน้ำหนักได้ถึงหนึ่งในสิบล้านกรัมที่ใกล้ที่สุด หรือ 0.1 ไมโครกรัม (รูปที่ 35.9) นอกจากนี้ยังมีเครื่องชั่งสองประเภท: บางประเภทสำหรับการชั่งน้ำหนักของน้ำหนักเบาและประเภทอื่น ๆ - ของหนัก คุณสามารถดูประเภทแรกได้ในร้านขายยา เวิร์กช็อปเครื่องประดับ หรือห้องปฏิบัติการเคมี
เครื่องชั่งโหลดขนาดใหญ่สามารถรับน้ำหนักได้มากถึงหนึ่งตัน แต่ก็ยังมีความไวสูง หากคุณเหยียบน้ำหนักดังกล่าวแล้วหายใจออกจากปอด มันจะตอบสนอง
เครื่องชั่งอัลตร้าไมโครวัดมวลด้วยความแม่นยำ 5 ∙ 10 -11 กรัม (ห้าร้อยพันล้านของกรัม!)
เมื่อชั่งน้ำหนักบนเครื่องชั่งที่มีความแม่นยำสูง ปัญหามากมายเกิดขึ้น:
ก) ไม่ว่าจะพยายามแค่ไหน แขนของแขนโยกก็ยังไม่เท่ากัน
b) ตาชั่งถึงแม้จะเล็ก แต่ก็มีมวลต่างกัน
c) เริ่มต้นจากเกณฑ์ความแม่นยำที่แน่นอน น้ำหนักเริ่มตอบสนองต่อกองทัพอากาศ ซึ่งมีขนาดเล็กมากสำหรับวัตถุที่มีขนาดปกติ
d) เมื่อวางตาชั่งในสุญญากาศ ข้อเสียนี้สามารถขจัดออกไปได้ แต่เมื่อชั่งน้ำหนักมวลที่น้อยมาก ผลกระทบของโมเลกุลอากาศจะเริ่มสัมผัสได้ ซึ่งไม่สามารถสูบออกได้หมดด้วยปั๊มใด ๆ
ข้าว. 35.9. เครื่องชั่งเชิงวิเคราะห์สมัยใหม่
สองวิธีในการปรับปรุงความแม่นยำของเครื่องชั่งที่มีแขนไม่เท่ากัน
1. วิธีการทดน้ำ การขจัดภาระโดยใช้สารปริมาณมาก เช่น ทราย จากนั้นเราก็เอาน้ำหนักออกและชั่งน้ำหนักทรายออก แน่นอนว่ามวลของตุ้มน้ำหนักจะเท่ากับมวลที่แท้จริงของสิ่งที่บรรทุก
2. วิธีการชั่งน้ำหนักแบบอื่น เราชั่งน้ำหนักสิ่งของบนเครื่องชั่งซึ่งวางอยู่บนแขนที่มีความยาว l 1 เป็นต้น ให้มวลของตุ้มน้ำหนักซึ่งนำไปสู่การสมดุลของตาชั่งมีค่าเท่ากับ m 2 จากนั้นเราก็ชั่งน้ำหนักของชิ้นเดียวกันในชามอีกใบหนึ่งซึ่งวางอยู่บนแขนยาว l 2 เราได้มวลน้ำหนักที่แตกต่างกันเล็กน้อย m 1 แต่ในทั้งสองกรณี มวลที่แท้จริงของโหลดคือ m ในการชั่งน้ำหนักทั้งสองรายการเป็นไปตามเงื่อนไขต่อไปนี้: m ∙ l 1 =m 2 ∙ l 2 และ m ∙ l 2 = m 1 ∙ l 1 เราได้แก้ระบบสมการเหล่านี้: m = .
หัวข้อการวิจัย
35.1. สร้างเครื่องชั่งที่สามารถชั่งน้ำหนักเม็ดทรายและอธิบายปัญหาที่คุณพบในการทำงานนี้ให้สำเร็จ
มาสรุปกัน
แขนรับแรง l คือระยะห่างที่สั้นที่สุดจากแกนหมุนถึงแนวแรง
โมเมนต์ของแรงเป็นผลคูณของแรงที่แขน: M = F ∙ l
คันโยกจะไม่หมุนหากผลรวมของโมเมนต์ของแรงที่หมุนร่างกายตามเข็มนาฬิกาเท่ากับผลรวมของโมเมนต์ของแรงทั้งหมดที่หมุนทวนเข็มนาฬิกา
แบบฝึกหัดที่ 35
1. เลเวอเรจจะเพิ่มความแข็งแกร่งในกรณีใด?
2. ในกรณีนี้การขันน็อตให้แน่นง่ายกว่า: รูปที่. 35.5 หรือ 35.6?
3.เหตุใดที่จับประตูจึงอยู่ห่างจากแกนหมุนมากที่สุด?
4. เหตุใดคุณจึงสามารถยกของหนักขึ้นโดยงอแขนไว้ที่ข้อศอกมากกว่ายกแขนที่ยื่นออกมา?
5. ถือไม้เท้ายาวในแนวนอนโดยถือไว้ตรงกลางง่ายกว่าจับที่ปลาย ทำไม
6. โดยการใช้แรง 5 N กับแขนคันโยกยาว 80 ซม. เราต้องการปรับสมดุลแรง 20 N แขนข้างที่สองควรมีความยาวเท่าใด
7. สมมติว่าแรง (รูปที่ 35.4) มีขนาดเท่ากัน ทำไมพวกเขาถึงไม่สมดุล?
8. วัตถุสามารถถูกทำให้สมดุลบนตาชั่งโดยที่เมื่อเวลาผ่านไป ความสมดุลจะถูกทำลายด้วยตัวมันเอง โดยไม่มีอิทธิพลจากภายนอกหรือไม่?
9. มีเหรียญอยู่ 9 เหรียญ หนึ่งในนั้นเป็นของปลอม เธอหนักกว่าคนอื่น แนะนำขั้นตอนที่สามารถตรวจจับเหรียญปลอมได้อย่างชัดเจนในการชั่งน้ำหนักขั้นต่ำ ไม่มีตุ้มน้ำหนักสำหรับการชั่งน้ำหนัก
10. เหตุใดน้ำหนักที่มีมวลน้อยกว่าเกณฑ์ความไวของเครื่องชั่งจึงไม่รบกวนการทรงตัว
11. เหตุใดการชั่งน้ำหนักที่แม่นยำจึงดำเนินการในสุญญากาศ
12. ในกรณีใดความแม่นยำในการชั่งน้ำหนักบนเครื่องชั่งแบบคานจะไม่ขึ้นอยู่กับการกระทำของแรงของอาร์คิมิดีส?
13. ความยาวของแขนคันโยกถูกกำหนดอย่างไร?
14. โมเมนต์แห่งแรงคำนวณอย่างไร?
15. กำหนดกฎเกณฑ์เพื่อความสมดุลของคันโยก
16. อำนาจที่ได้รับในกรณีของเลเวอเรจคืออะไร?
17. ทำไมคนพายถึงจับคันโยกแขนสั้น?
18. สามารถดูคันโยกได้กี่คันในภาพ. 35.4?
19. เครื่องชั่งใดเรียกว่าเครื่องชั่งเชิงวิเคราะห์
20. อธิบายความหมายของสูตร (35.2)
3 ประวัติศาสตร์วิทยาศาสตร์ เรื่องราวมาถึงสมัยของเราแล้วว่า Hiero ราชาแห่งซีราคิวส์สั่งให้สร้างเรือสามชั้นขนาดใหญ่ - ไตรรีม (รูปที่ 35.10) แต่เมื่อเรือพร้อมกลับกลายเป็นว่าไม่สามารถเคลื่อนย้ายได้แม้จะพยายามของชาวเกาะก็ตาม อาร์คิมิดีสเกิดกลไกที่ประกอบด้วยคันโยกและอนุญาตให้บุคคลหนึ่งคนปล่อยเรือได้ Vitruvius นักประวัติศาสตร์ชาวโรมันพูดถึงเหตุการณ์นี้
ตั้งแต่สมัยโบราณ ผู้คนใช้อุปกรณ์เสริมต่างๆ เพื่อให้ทำงานได้ง่ายขึ้น บ่อยแค่ไหนที่เราต้องเคลื่อนย้ายของที่หนักมากเรามักจะเอาไม้เท้าหรือเสามาเป็นตัวช่วย นี่คือตัวอย่างของกลไกง่ายๆ - คันโยก
การประยุกต์กลไกอย่างง่าย
กลไกง่ายๆ มีหลายประเภท นี่คือคันโยก บล็อก ลิ่ม และอื่นๆ อีกมากมาย ในวิชาฟิสิกส์ กลไกง่ายๆ คืออุปกรณ์ที่ใช้ในการแปลงแรง เครื่องบินเอียงซึ่งช่วยในการม้วนหรือลากของหนักขึ้น - นี่เป็นกลไกง่ายๆเช่นกัน การใช้กลไกง่ายๆ เป็นเรื่องปกติมากทั้งในด้านการผลิตและในชีวิตประจำวัน ส่วนใหญ่มักใช้กลไกง่าย ๆ เพื่อเพิ่มความแข็งแกร่งนั่นคือเพื่อเพิ่มแรงที่กระทำต่อร่างกายหลาย ๆ ครั้ง
คันโยกในฟิสิกส์เป็นกลไกง่ายๆ
กลไกที่ง่ายและธรรมดาที่สุดอย่างหนึ่งซึ่งมีการศึกษาในวิชาฟิสิกส์ในชั้นประถมศึกษาปีที่ 7 คือคันโยก ในวิชาฟิสิกส์ คันโยกคือวัตถุแข็งที่สามารถหมุนรอบจุดรองรับคงที่ได้
คันโยกมีสองประเภทสำหรับคันโยกประเภทแรก จุดศูนย์กลางจะอยู่ระหว่างเส้นออกแรงของแรงที่กระทำ สำหรับคันโยกระดับสอง จุดศูนย์กลางจะอยู่ที่ด้านใดด้านหนึ่ง นั่นคือถ้าเราพยายามเคลื่อนย้ายของหนักด้วยชะแลง คันโยกประเภทแรกก็คือสถานการณ์เมื่อเราวางบล็อกไว้ใต้ชะแลงโดยกดลงบนปลายที่ว่างของชะแลง ในกรณีนี้ การสนับสนุนคงที่ของเราจะเป็นบล็อก และแรงที่ใช้จะอยู่ทั้งสองด้าน และคันโยกแบบที่ 2 คือ เมื่อเราเอาขอบชะแลงไปไว้ใต้ตุ้มน้ำหนักแล้วดึงชะแลงขึ้นจึงพยายามพลิกวัตถุกลับ ในที่นี้จุดศูนย์กลางจะอยู่ที่จุดที่ชะแลงวางอยู่บนพื้น และแรงที่ใช้จะอยู่ที่ด้านหนึ่งของจุดศูนย์กลาง
กฎความสมดุลของแรงบนคันโยก
การใช้คันโยกทำให้เรามีกำลังและยกของที่ยกไม่ได้ มือเปล่าสินค้า ระยะห่างจากจุดศูนย์กลางถึงจุดที่ใช้แรง เรียกว่า แขนแห่งแรง นอกจากนี้, คุณสามารถคำนวณสมดุลของแรงบนคันโยกได้โดยใช้สูตรต่อไปนี้:
F1/ F2 = ลิตร2 / ลิตร1,
โดยที่ F1 และ F2 คือแรงที่กระทำต่อคันโยก
และ l2 และ l1 เป็นไหล่ของกองกำลังเหล่านี้
นี่คือกฎสมดุลของคานซึ่งระบุว่า: คันโยกอยู่ในสมดุลเมื่อแรงที่กระทำต่อคันโยกนั้นแปรผกผันกับแขนของแรงเหล่านี้ กฎนี้ก่อตั้งขึ้นโดยอาร์คิมีดีสย้อนกลับไปในศตวรรษที่สามก่อนคริสต์ศักราช จากนี้ไปแรงที่น้อยกว่าก็สามารถทำให้แรงที่ใหญ่กว่าสมดุลได้ ในการทำเช่นนี้ ไหล่ที่มีกำลังน้อยกว่าจำเป็นจะต้องมีขนาดใหญ่กว่าไหล่ที่มีกำลังมากกว่า และการได้รับแรงที่ได้รับด้วยความช่วยเหลือของคันโยกจะถูกกำหนดโดยอัตราส่วนของแขนของแรงที่ใช้
คันโยกคือตัวถังที่แข็งแรงซึ่งสามารถหมุนรอบจุดคงที่ได้ จุดคงที่เรียกว่า ศูนย์กลาง- เรียกว่าระยะทางจากจุดศูนย์กลางถึงแนวออกแรง ไหล่พลังนี้
สภาพสมดุลของคันโยก: คันโยกอยู่ในสภาวะสมดุลหากแรงที่กระทำกับคันโยก ฉ 1และ ฉ 2มีแนวโน้มที่จะหมุนไปในทิศทางตรงกันข้าม และโมดูลของแรงจะแปรผกผันกับไหล่ของแรงเหล่านี้: ฟ 1 /ฟ 2 = ลิตร 2 /ลิตร 1กฎนี้ตั้งขึ้นโดยอาร์คิมีดีส ตามตำนานเขาอุทานว่า: ตั้งหลักให้ฉันหน่อยแล้วฉันจะยกโลกขึ้นมา .
สำหรับคันโยกนั้นก็สมหวังแล้ว « กฎทอง» กลศาสตร์ (หากละเลยแรงเสียดทานและมวลของคันโยกได้)
ด้วยการใช้แรงเล็กน้อยกับคันโยกยาว คุณสามารถใช้ปลายอีกด้านหนึ่งของคันโยกเพื่อยกของที่มีน้ำหนักเกินแรงนี้อย่างมาก ซึ่งหมายความว่าด้วยการใช้เลเวอเรจ คุณสามารถเพิ่มพลังได้ เมื่อใช้เลเวอเรจ การได้รับอำนาจจะต้องมาพร้อมกับการสูญเสียที่เท่ากันตลอดทาง
คันโยกทุกประเภท:
ช่วงเวลาแห่งพลัง กฎแห่งช่วงเวลา
ผลคูณของโมดูลัสแรงและไหล่ของมันถูกเรียกว่า ช่วงเวลาแห่งพลัง.ม = ชั้น โดยที่ M คือโมเมนต์ของแรง F คือแรง l คือส่วนงัดของแรง
กฎแห่งช่วงเวลา: คันโยกจะอยู่ในสภาวะสมดุล ถ้าผลรวมของโมเมนต์ของแรงที่มีแนวโน้มว่าจะหมุนคันโยกไปในทิศทางเดียวเท่ากับผลรวมของโมเมนต์ของแรงที่มีแนวโน้มว่าจะหมุนคันโยกไปในทิศทางตรงกันข้าม กฎนี้ใช้ได้กับวัตถุแข็งใดๆ ที่สามารถหมุนรอบแกนคงที่ได้
โมเมนต์แห่งแรงแสดงถึงลักษณะการหมุนของแรง. การกระทำนี้ขึ้นอยู่กับทั้งกำลังและการงัด ด้วยเหตุนี้เวลาที่ต้องการเปิดประตูจึงพยายามใช้แรงจากแกนหมุนให้ไกลที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ ด้วยความช่วยเหลือของแรงเพียงเล็กน้อย ช่วงเวลาสำคัญก็ถูกสร้างขึ้น และประตูก็เปิดออก การเปิดออกโดยใช้แรงกดใกล้บานพับทำได้ยากกว่ามาก ด้วยเหตุผลเดียวกัน การคลายเกลียวน็อตโดยใช้ประแจที่ยาวกว่าจึงง่ายกว่า การถอดสกรูออกได้ง่ายกว่าด้วยไขควงที่มีด้ามจับกว้างกว่า เป็นต้น
หน่วย SI ของโมเมนต์แรงคือ นิวตันเมตร (1 น*ม) นี่คือโมเมนต์ของแรง 1 N และมีไหล่ยาว 1 เมตร