Момент сили. Умови рівноваги важеля.

Момент сили. Умови рівноваги важеля. Вчитель: Курчинська Д. В.

Уже давно відомо, що важке тіло підняти значно легше, якщо просунути під нього міцний стрижень — лом. У цьому випадку лом відіграватиме роль простого механізму — важеля.

Важіль — це тверде тіло, яке може обертатися навколо нерухомої осі  — осі обертання. Лом, лопата , лінійка, якою ми утримували вантаж під час досліду, — все це приклади важелів.

Визначимо, за якої умови важіль перебуває в рівновазі. Для цього використаємо лабораторний важіль. За допомогою дротяних гачків будемо підвішувати до важеля тягарці. Пересуваючи гачки, змінюватимемо плечі сил, що діють на важіль .

Плече сили — це найменша відстань від осі обертання важеля до лінії, уздовж якої сила діє на важіль. Підвісимо, наприклад, зліва від осі обертання на відстані d1 =30 см тягарець вагою P F 1 1 = =1 Н. Справа від осі обертання підвісимо тягарці загальною вагою P F 2 2 = = 3 Н і пересуватимемо гачок, доки важіль не буде зрівноважено. Це відбудеться, коли тягарці загальною вагою 3 Н займуть положення на відстані d2 =10 см від осі обертання.

Таким чином, отримуємо рівність — умову рівноваги важеля, або правило важеля: Зверніть увагу на те, що сили F1 і F2 намагаються обертати важіль у протилежних напрямках (у нашому досліді сила F1 намагається обертати важіль проти ходу годинникової стрілки, сила F2 — за ходом годинникової стрілки).

Правило важеля встановив давньогрецький учений Архімед. За легендою, саме йому належать слова: «Дайте мені точку опори — і я переверну Землю».

Зазвичай кажуть, що за допомогою важеля можна отримати виграш у силі: наприклад, прикладаючи досить малу силу F2 , можна підняти порівняно важке тіло . Однак виграш у силі завжди супроводжується програшем у відстані: плече меншої сили є більшим ,тому, коли людина за допомогою важеля піднімає важке тіло навіть на невелику висоту, рука долає значну відстань.

Для характеристики обертальної дії сили введено фізичну величину момент сили. Момент сили — фізична величина, яка дорівнює добутку сили, що діє на тіло, на плече цієї сили:де M — момент сили; F — значення сили; d — плече сили. Одиниця моменту сили в СІ — ньютонметр: [M ] = Н ⋅м. Сила 1 Н створює момент сили 1 Н·м, якщо плече сили дорівнює 1 м.

Найчастіше на важіль діють більш ніж дві сили. У загальному випадку умова рівноваги важеля (правило моментів) формулюється так: Важіль перебуває в рівновазі, якщо сума моментів сил, які обертають важіль проти ходу годинникової стрілки, дорівнює сумі моментів сил, які обертають важіль за ходом годинникової стрілки.

Вчимось розв’язувати задачі: Визначте масу вантажу 1 (див. рисунок), якщо маса вантажу 2 становить 4 кг. Масою важеля знехтуйте.

Довжина одного плеча важеля 12 см, а другого 60 см. На менше плече важеля діє сила 50 Н. Яка сила повинна діяти на друге плече, щоб важіль був у рівновазі?

Розв’язати самостійно: За допомогою важеля робочий піднімає плиту масою 120 кг. Яку силу він прикладає до більшого плеча важеля, рівному 2,4 м, якщо менше плече 0,8 м?

Поміркуйте:1. Що таке важіль? 2. Наведіть приклади застосування важеля. 3. Дайте означення плеча сили. 4. Якою рівністю записують правило важеля? 5. Чи завжди важіль застосовують для отримання виграшу в силі? Наведіть приклади.

Дякую за увагу.