Для облегчения своего труда человек с древних времен использует различные приспособления и механизмы. 

Примерами механизмов, изобретенных в глубокой древности, служат лебедки, блоки, вороты, клинья.

Механизм– приспособление, служащее для преобразования силы.

Их применяют для получения выигрыша в силе, то есть увеличить силу, действующую на тело, в несколько раз.

Простые механизмы делятся на два вида:

1)рычаг и его разновидности – блок, ворот;

2)наклонная плоскостьи ее разновидности – клин, винт.

Рассмотрим условие равновесия рычага.

Рычаг – это твердое тело, которое может вращаться вокруг неподвижной опоры.

Для поднятия груза в качестве рычага используется лом. Детские качели тоже представляют собой рычаг. Блоки, применяемые на стройке для поднятия груза – это тоже рычаги.

На рисунке изображен рычаг, к которому с обеих сторон подвешены гири и схематическое изображение этого рычага.

Линия действия силы – прямая, на которой лежит вектор силы. 

Кратчайшее расстояние от оси вращения до линии действия силы называется плечом силы. 

Плечо силы F1 - отрезок ОА – обозначим d1, плечо силы F2 - отрезок ОВ, обозначим d2.Кратчайшим расстоянием до линии является перпендикуляр, поэтому плечо силы – это перпендикуляр, опущенный от оси вращения на линию действия силы.

По рисунку видно, что к левому плечу рычага подвешены 3 гири, к правому – одна гиря. Известно, что результат действия силы зависит не только от модуля силы, но и точки ее приложения. Несмотря на разное число гирь, то есть на разные по модулю силы, рычаг находится в равновесии, так как плечи сил отличаются друг от друга. Из опытов установлено, что рычаг находится в равновесии при условии, если силы, действующие на него, обратно пропорциональны плечам этих сил.

Другими словами: если на рычаг действуют две силы и рычаг находится в равновесии, то большая сила имеет меньшее плечо, причем плечо меньше во столько раз, во сколько раз больше сила.

В виде формулы условие равновесия рычагазаписывается так:

Правило равновесия рычага было установлено Архимедом примерно в 250 году до нашей эры.

Правило равновесия рычага лежит в основе работы различных устройств, позволяющих получить выигрыш в силе. Это ножницы, кусачки, ручка швейной машинки, педали велосипеда, автомобиля или трактора, клавиши пианино, рычажные весы и многое другое. Рычаги встречаются также в живой природе, это, например, челюсти и конечности человека и животных.

Рассмотрим решение задачи на условие равновесия рычага.

Задача:С помощью рычага рабочий приподнимет ящик массой 100 кг. Какую силу он прикладывает к левому концу рычага, если груз располагается на расстоянии 0,6 м от правого конца рычага? Длина рычага 2,4 м.

Решение:

Запишем условие задачи. Известна масса груза m=100 кг. Неподвижной точкой опоры является правый конец рычага. Расстояние от точки опоры до груза – плечо силы, с которой груз действует на рычаг, d1 = 0,6 м, плечо силы, которую прикладывает рабочий, d2=2,4 м. Необходимо найти F2.

Запишем условие равновесия рычага и выразим силу F2. Вес груза найдем по формуле mg. Подставив числовые значения, получим, что сила, приложенная рабочим, составляет 250 Н. Сравнив вес груза P=mg=1000 Н и силу, приложенную рабочим, видим, что выигрыш в силе равен 4, т.е. при помощи рычага меньшей силой можно уравновесить большую силу. При этом плечо меньшей силы длиннее во столько же раз, в нашей задаче в 4 раза. Запишем ответ: сила рабочего 250 Н, выигрыш в силе =4.

ВАЖНО ЗАПОМНИТЬ:

Простой механизм – приспособление, служащее для преобразования силы.

Простые механизмы делятся на два вида: рычаг и его разновидности – блок, ворот; наклонная плоскость и ее разновидности – клин, винт.

Рычаг – это твердое тело, которое может вращаться вокруг неподвижной опоры.

Кратчайшее расстояние от оси вращения до линии действия силы называется плечом силы. Чтобы найти плечо силы, нужно из точки опоры опустить перпендикуляр на линию действия силы.

Рычаг находится в равновесии при условии, если силы, действующие на него, обратно пропорциональны плечам этих сил.