Nhân loại từ lâu đã sử dụng máy móc và cơ chế đơn giản để làm cho lao động chân tay trở nên dễ dàng và đơn giản hơn. Một trong những cơ chế này là đòn bẩy. Đòn bẩy trong vật lý là gì, công thức mô tả sự cân bằng của nó và loại đòn bẩy là gì - tất cả những câu hỏi này đều được tiết lộ trong bài báo.
Khái niệm
Một đòn bẩy trong vật lý là một cơ chế bao gồm một chùm hoặc bảng và một giá đỡ. Giá đỡ thường chia chùm tia thành hai phần không bằng nhau, chúng được gọi là cánh tay đòn. Sau này có thể thực hiện chuyển động quay xung quanh điểm tựa.
Là một cơ chế đơn giản, đòn bẩy được thiết kế để thực hiện công việc vật lý với quyền lực hoặc khi vận chuyển. Các lực tác dụng lên các cánh tay đòn trong quá trình hoạt động của nó. Một trong số đó là sức mạnh của sự phản kháng. Nó được tạo ra bởi trọng lượng của tải cần di chuyển (nâng lên). Lực thứ hai là một số lực bên ngoài, trong hầu hết các trường hợp, lực này được tác dụng lên cánh tay đòn với sự trợ giúp của bàn tay con người.
Hình trên cho thấy một đòn bẩy điển hình vớihai vai. Ở phần sau của bài viết, nó sẽ được giải thích tại sao nó đề cập đến đòn bẩy của loại thứ hai.
Quy tắc đòn bẩy trông như thế này:
LựcLực cánh tay=Tải trọngTải trọng cánh tay
Mômen lực
Hãy làm một số lạc đề từ chủ đề đòn bẩy trong vật lý và xem xét một đại lượng vật lý quan trọng để hiểu hoạt động của nó. Đó là về thời điểm của lực lượng. Nó là sản phẩm của lực và chiều dài của cánh tay đòn của ứng dụng của nó, được viết bằng toán học như sau:
M=Fd
Điều quan trọng là đừng nhầm lẫn, cánh tay đòn của lực d và cánh tay đòn, nói chung, đây là những khái niệm khác nhau.
Thời điểm của lực thể hiện khả năng chuyển hướng của vật thể sau trong hệ thống. Vì vậy, nhiều người biết rằng việc mở cửa bằng tay cầm sẽ dễ dàng hơn nhiều so với việc đẩy nó vào gần bản lề hoặc tháo đai ốc trên bu lông bằng cờ lê dài dễ dàng hơn so với chìa khóa ngắn.
Mômen của lực là một vectơ. Để hiểu hoạt động của một cơ cấu đòn bẩy đơn giản trong vật lý, đủ biết rằng thời điểm được coi là dương nếu lực có xu hướng làm quay cánh tay đòn ngược chiều kim đồng hồ. Nếu nó có xu hướng rẽ theo hướng của chiều kim đồng hồ thì thời điểm đó phải được lấy bằng dấu trừ.
Cân bằng đòn bẩy trong vật lý
Để dễ hiểu trong điều kiện nào thì đòn bẩy sẽ cân bằng, hãy xem hình sau.
Ở đây thể hiện hai lực: tải trọng R và lực bên ngoài F tác dụng để khắc phục điều nàytải trọng. Cánh của các lực này lần lượt bằng dRvà dF. Trong thực tế, có một lực khác - phản lực của giá đỡ, tác dụng theo phương thẳng đứng lên trên tại điểm tiếp xúc giữa dầm và giá đỡ của đòn bẩy. Vì vai của lực này bằng 0 nên nó sẽ không được xem xét thêm khi xác định điều kiện cân bằng.
Theo tĩnh học, chuyển động quay của hệ là không thể nếu tổng mômen của các lực bên ngoài bằng không. Hãy viết tổng các khoảnh khắc này, có tính đến dấu hiệu của chúng:
RdR- FdF=0.
Đẳng thức bằng văn bản phản ánh điều kiện cân bằng đủ cho đòn bẩy. Nếu không có hai lực tác động lên đòn bẩy mà nhiều hơn, thì tình trạng này sẽ vẫn còn. Chỉ thay vì tổng của hai mômen lực, cần phải tìm tổng tất cả các mômen của các lực tác dụng và cho chúng bằng 0.
Chiến thắng là mạnh mẽ và trên con đường
Biểu thức cho các mômen của lực đòn bẩy trong vật lý, đã được viết trong đoạn trước, sẽ được viết lại ở dạng sau:
RdR=FdF
Từ công thức trên như sau:
dR/ dF=F / R.
Đẳng thức này nói rằng để duy trì cân bằng, lực F phải lớn hơn trọng lượng của tải R bao nhiêu lần, cánh của nó dFít hơn cánh tay dR. Vì cánh tay lớn hơn trong quá trình di chuyển cần di chuyển một quãng đường dài hơn cánh tay nhỏ hơn, chúng tôi có cơ hội thực hiện cùng một công việc bằng cách sử dụng đòn bẩy theo hai cách:
- tác dụng thêm lực F và di chuyển vai sangkhoảng cách ngắn;
- tác dụng một lực F nhỏ và di chuyển vai một khoảng cách xa.
Trong trường hợp đầu tiên, người ta nói về mức tăng trong quá trình di chuyển tải R, trong trường hợp thứ hai, người ta nhận được mức tăng sức mạnh, vì F < R.
Đòn bẩy được sử dụng ở đâu và chúng là gì?
Tùy thuộc vào điểm ứng dụng của lực đòn bẩy trong vật lý và vị trí của giá đỡ, cơ chế đơn giản nhất có thể có ba loại:
- Đây là một đòn bẩy hai tay, trong đó vị trí hỗ trợ được lấy ra từ hai đầu của thanh xà ngang bằng nhau. Tùy thuộc vào tỷ lệ độ dài của các cánh tay, loại đòn bẩy này cho phép bạn chiến thắng cả về đường đi và sức mạnh. Ví dụ về việc sử dụng nó bao gồm cân, kìm, kéo, dụng cụ kéo móng tay, xích đu trẻ em.
- Cần của loại thứ hai là một tay, nghĩa là, giá đỡ nằm gần một trong các đầu của nó. Trong trường hợp này, ngoại lực được tác dụng lên đầu kia của dầm, và lực tải tác động giữa giá đỡ và ngoại lực, cho phép bạn chiến thắng trong chính lực này. Một chiếc xe cút kít hoặc một người bẻ hạt là những ví dụ điển hình của loại đòn bẩy này.
- Loại cơ chế thứ ba được thể hiện bằng các ví dụ như cần câu hoặc nhíp. Cần này cũng là một cánh tay đòn, nhưng lực tác dụng bên ngoài đã gần với giá đỡ hơn là điểm tác dụng của tải trọng. Thiết kế của một cơ chế đơn giản này cho phép bạn chiến thắng trên đường, nhưng sẽ mất sức mạnh. Đó là lý do tại sao rất khó để giữ một con cá nhỏ trên trọng lượng ở cuối cần câu hoặc một vật nặng bằng nhíp.
Để nhắc lại, một đòn bẩy trong vật lý chỉ cho phépgiúp bạn thuận tiện khi thực hiện công việc này hoặc công việc di chuyển hàng hóa kia, nhưng không cho phép bạn chiến thắng trong công việc này.
