Pusiausvyra fizikoje – tai sistemos būsena, kai ji yra santykinėje ramybės, palyginti su aplinkiniais objektais. Statika yra pusiausvyros sąlygų tyrimas. Vienas iš mechanizmų, kurio veikimo pusiausvyros sąlygų žinojimas yra esminis, yra svirtis. Straipsnyje apsvarstykite, kokie yra sverto tipai.
Kas tai yra fizikoje?
Prieš kalbėdami apie svirčių tipus (fizikos 7 klasė išlaiko šią temą), apibrėžkime šį įrenginį. Svirtis yra paprastas mechanizmas, leidžiantis paversti jėgą į atstumą ir atvirkščiai. Svirtis turi paprastą įtaisą, susideda iš sijos (lentos, strypo), kuri turi tam tikrą ilgį, ir vienos atramos. Atramos padėtis nėra fiksuota, todėl gali būti tiek sijos viduryje, tiek jos gale. Iš karto pastebime, kad atramos padėtis paprastai lemia svirties tipą.
Pastaruoju žmonės naudojosi nuo neatmenamų laikų. Taigi, žinoma, kad senovės Mesopotamijoje ar Egipte jos pagalba jie keldavo vandenį iš upių arba perkeldavo didžiulius akmenis.įvairių konstrukcijų statyba. Senovės Graikijoje aktyviai naudojo svirtį. Vienintelis rašytinis įrodymas, išlikęs apie šio paprasto mechanizmo panaudojimą, yra Plutarcho „Paraleliniai gyvenimai“, kur filosofas pateikia Archimedo blokų ir svertų sistemos panaudojimo pavyzdį.
Sukimo momento samprata
Suprasti skirtingų tipų svertų veikimo principą fizikoje įmanoma, jei išnagrinėsite nagrinėjamo mechanizmo pusiausvyros klausimą, kuris glaudžiai susijęs su jėgos momento samprata.
Jėgos momentas yra vertė, gaunama jėgą padauginus iš atstumo nuo jos taikymo taško iki sukimosi ašies. Šis atstumas vadinamas „jėgos pečiu“. Pažymėkime F ir d - atitinkamai jėgą ir jos petį, tada gausime:
M=Fd
Jėgos momentas suteikia galimybę suktis aplink šią visos sistemos ašį. Ryškūs pavyzdžiai, kuriuose galite stebėti jėgos momentą, yra veržlės atsukimas veržliarakčiu arba durų atidarymas su rankena, kuri yra toli nuo durų vyrių.
Sukimo momentas yra vektorinis dydis. Sprendžiant problemas dažnai tenka atsižvelgti į jos ženklą. Reikia atsiminti, kad bet kokia jėga, dėl kurios kūnų sistema sukasi prieš laikrodžio rodyklę, sukuria jėgos momentą su ženklu +.
Svirties balansas
Aukščiau pateiktame paveikslėlyje parodyta tipinė svirtis ir pažymėtos ją veikiančios jėgos. Vėliau straipsnyje bus pasakyta, kad tai -pirmos rūšies svertas. Čia raidės F ir R žymi atitinkamai išorinę jėgą ir tam tikrą krovinio svorį. Taip pat galite matyti, kad atrama yra nukrypta nuo centro, todėl svirties ilgiai dF ir dR nėra lygūs.
Statikoje parodyta, kad svirtis nejuda kaip visas mechanizmas, visų ją veikiančių jėgų suma turi būti lygi nuliui. Mes pažymėjome tik du iš jų. Tiesą sakant, yra ir trečiasis, kuris yra priešingas šiems dviems ir lygus jų sumai – tai palaikymo reakcija.
Kad svirtis nedarytų sukimosi judesių, būtina, kad visų jėgų momentų suma būtų lygi nuliui. Atramos reakcijos jėgos petys lygus nuliui, todėl nesukuria akimirkos. Belieka užsirašyti jėgų F ir R momentus:
RdR- FdF=0=>
RdR=FdF
Įrašyta svirties pusiausvyros sąlyga kaip formulė, taip pat pateikta:
dR/dF=F/R
Ši lygybė reiškia, kad norint, kad svirtis nesisuktų, išorinė jėga turi būti tiek kartų didesnė (mažesnė) nei keliamo krovinio svoris, kiek kartų mažesnė šios jėgos ranka (didesnis) už ranką, ant kurios svoris veikia krovinį.
Pateikta formuluotė reiškia, kad kiek kartų laimime kelyje nagrinėjamo mechanizmo pagalba, tiek pat prarandame jėgą.
Pirmojo tipo svirtis
Tai buvo parodyta ankstesnėje pastraipoje. Čia tik pasakysime, kad tokio tipo svirties atrama yra tarp veikiančių jėgų F ir R. Priklausomai nuo pečių ilgių santykio, tokia svirtis galigali būti naudojamas tiek svoriams kilnoti, tiek kūnui pagreitinti.
Mechaninės svarstyklės, žirklės, vinių traukiklis, katapulta yra pirmosios rūšies svirčių pavyzdžiai.
Pusvyro atveju turime dvi vienodo ilgio petys, todėl svirties pusiausvyra pasiekiama tik tada, kai jėgos F ir R yra lygios viena kitai. Šis faktas naudojamas sverti nežinomos masės kūnus, lyginant jį su etalonine verte.
Žirklės ir nagų traukiklis yra puikūs pavyzdžiai, kaip įgauti jėgos, bet pakeliui prarandama. Visi žino, kad kuo arčiau žirklių ašies klojamas popieriaus lapas, tuo lengviau jį nupjauti. Priešingai, jei bandysite pjaustyti popierių žirklių galiukais, tada yra didelė tikimybė, kad jie pradės jį „kramtyti“. Kuo ilgesnė žirklių arba nagų traukimo rankena, tuo lengviau atlikti atitinkamą operaciją.
Kalbant apie katapultą, tai yra ryškus pavyzdys, kaip įgyjama naudojant svirtį kelyje, taigi ir pagreičio, kurį petys suteikia sviediniui.
Antros rūšies svirtis
Visose antrojo tipo svirtyse atrama yra šalia vieno iš sijos galų. Šis išdėstymas lemia, kad prie svirties yra tik vienas petys. Šiuo atveju krovinio svoris visada yra tarp atramos ir išorinės jėgos F. Jėgų išdėstymas antrosios rūšies svirtyje duoda vienintelį naudingą rezultatą: stiprėja.
Šio tipo sverto pavyzdžiai yra karutis, naudojamas sunkiems kroviniams vežti, ir veržlė. Abiem atvejais nuostoliai kelyje neturi jokios neigiamos vertės. Taigi, rankinio atvejukaručiai, svarbu tik išlaikyti svorį jam judant. Šiuo atveju veikiama jėga yra kelis kartus mažesnė už apkrovos svorį.
Trečios rūšies svirtis
Šio tipo svirties konstrukcija daugeliu atžvilgių yra panaši į ankstesnę. Atrama šiuo atveju taip pat yra viename iš sijos galų, o svirtis turi vieną ranką. Tačiau veikiančių jėgų išsidėstymas jame visiškai kitoks nei antros rūšies svirtyje. Jėgos F taškas yra tarp krovinio svorio ir atramos.
Kastuvas, užtvara, meškerė ir pincetas yra ryškūs šio tipo sverto pavyzdžiai. Visais šiais atvejais mes laimime kelyje, tačiau stipriai prarandamos jėgos. Pavyzdžiui, norint pincetu laikyti sunkų krovinį, reikia taikyti didelę jėgą F, todėl naudojant šį įrankį nereikia laikyti sunkių daiktų.
Pabaigoje pažymime, kad visų tipų svirtys veikia tuo pačiu principu. Jie neduoda naudos pervežant prekes, o tik leidžia perskirstyti šį darbą patogesnio įgyvendinimo kryptimi.
