Žmonija jau seniai naudoja paprastas mašinas ir mechanizmus, kad fizinis darbas būtų lengvesnis ir paprastesnis. Vienas iš šių mechanizmų yra svirtis. Kas yra svirtis fizikoje, kokia formulė apibūdina jo pusiausvyrą ir kokios yra svertų rūšys – visi šie klausimai atskleisti straipsnyje.
Koncepcija
Svirtis fizikoje yra mechanizmas, susidedantis iš sijos arba lentos ir vienos atramos. Atrama paprastai padalija siją į dvi nelygias dalis, kurios vadinamos svirtimis. Pastarasis gali atlikti sukamąjį judesį aplink atramos tašką.
Kadangi mechanizmas yra paprastas, svirtis skirta atlikti fizinį darbą su galia arba važiuojant. Taikomos jėgos veikia svirties svirtis jos veikimo metu. Vienas iš jų – pasipriešinimo galia. Jį sukuria krovinio, kurį reikia perkelti (kelti), svorio. Antroji jėga yra tam tikra išorinė jėga, kuri daugeliu atvejų svirties svirties veikiama žmogaus rankų pagalba.
Aukščiau pateiktame paveikslėlyje parodyta tipiška svirtis sudu pečiai. Vėliau straipsnyje bus paaiškinta, kodėl kalbama apie antrosios rūšies finansinį svertą.
Svirties taisyklė atrodo taip:
JėgaJėgos svirtis=apkrovaKrovimo svirtis
Jėgos momentas
Nukrypkime nuo svirties temos fizikoje ir apsvarstykime svarbų fizikinį dydį, kad suprastume jo veikimą. Kalbama apie jėgos momentą. Tai yra jėgos ir jos taikymo rankos ilgio sandauga, kuri matematiškai parašyta taip:
M=Fd
Svarbu nepainioti jėgos d ir svirties svirties, apskritai tai yra skirtingos sąvokos.
Jėgos momentas parodo pastarojo gebėjimą atlikti posūkį sistemoje. Taigi, daugelis žino, kad duris atidaryti už rankenos yra daug lengviau, nei prispausti prie vyrių, arba atsukti varžto veržlę su ilgu veržliarakčiu lengviau nei su trumpu.
Jėgos momentas yra vektorius. Norint suprasti paprasto svirties mechanizmo veikimą fizikoje, pakanka žinoti, kad momentas laikomas teigiamu, jei jėga linkusi pasukti svirties svirtį prieš laikrodžio rodyklę. Jei jis linkęs suktis pagal laikrodžio rodyklę, momentas turi būti paimtas su minuso ženklu.
Svirties balansas fizikoje
Kad būtų lengviau suprasti, kokiomis sąlygomis svirtis bus subalansuota, apsvarstykite toliau pateiktą paveikslą.
Čia parodytos dvi jėgos: apkrova R ir išorinė jėga F, veikianti tai įveiktiapkrovų. Šių jėgų rankos yra lygios atitinkamai dR ir dF. Tiesą sakant, yra ir kita jėga – atramos reakcija, kuri sijos ir svirties atramos sąlyčio taške veikia vertikaliai į viršų. Kadangi šios jėgos petys yra lygus nuliui, nustatant pusiausvyros sąlygą ji toliau nebus svarstoma.
Pagal statiką, sistemos sukimasis neįmanomas, jei išorinių jėgų momentų suma lygi nuliui. Parašykime šių momentų sumą, atsižvelgdami į jų ženklą:
RdR- FdF=0.
Parašyta lygybė atspindi pakankamą svirties pusiausvyros sąlygą. Jei svirtį veikia ne dvi jėgos, o daugiau, ši sąlyga vis tiek išliks. Tik vietoj dviejų jėgų momentų sumos reikės rasti visų veikiančių jėgų momentų sumą ir prilyginti jas nuliui.
Pergalė stipri ir pakeliui
Sverto jėgų momentų fizikos išraiška, kuri buvo parašyta ankstesnėje pastraipoje, bus perrašyta tokia forma:
RdR=FdF
Iš aukščiau pateiktos formulės:
dR / dF=F / R.
Ši lygybė sako, kad norint išlaikyti pusiausvyrą, reikia, kad jėga F būtų tiek kartų didesnė už krovinio R svorį, kiek kartų jo ranka dF mažiau nei ranka d R. Kadangi didesnė ranka judant svirtį eina ilgesniu keliu nei mažesnė ranka, gauname galimybę tą patį darbą atlikti naudojant svirtį dviem būdais:
- naudokite daugiau jėgos F ir perkelkite petį įtrumpas atstumas;
- taikykite nedidelę jėgą F ir perkelkite petį dideliu atstumu.
Pirmuoju atveju kalbama apie padidėjimą kelyje judant kroviniui R, antruoju atveju stiprėja, nes F < R.
Kur naudojamas svertas ir kas jie yra?
Priklausomai nuo svirties jėgų taikymo taško fizikoje ir atramos padėties, paprasčiausias mechanizmas gali būti trijų tipų:
- Tai yra dviejų svirties svirtis, kurioje atramos padėtis vienodai pašalinama iš abiejų sijos galų. Priklausomai nuo rankų ilgių santykio, tokio tipo svirtis leidžia laimėti tiek keliu, tiek jėga. Jos naudojimo pavyzdžiai: svarstyklės, replės, žirklės, nagų traukiklis, kūdikių sūpynės.
- Antrojo tipo svirtis yra viena ranka, tai yra, atrama yra šalia vieno iš jos galų. Šiuo atveju išorinė jėga veikia kitą sijos galą, o apkrovos jėga veikia tarp atramos ir išorinės jėgos, kuri leidžia laimėti būtent šioje jėgoje. Karutis arba riešutų laužytojas yra puikūs tokio sverto pavyzdžiai.
- Trečias mechanizmo tipas pavaizduotas tokiais pavyzdžiais kaip meškerė ar pincetas. Ši svirtis taip pat yra vienos svirties, tačiau išorinė veikiama jėga jau yra arčiau atramos nei apkrovos taikymo taškas. Šis paprasto mechanizmo dizainas leidžia laimėti kelyje, bet prarasti jėgą. Todėl pincetu sunku išlaikyti mažą žuvelę ant svarelio meškerės gale ar sunkaus daikto.
Pakartotinai, fizikos svirtis leidžia tikkad būtų patogu atlikti tą ar kitą prekių pervežimo darbą, bet neleidžia laimėti šiame darbe.
