Ravnoteža u fizici je stanje sustava u kojem se nalazi u relativnom mirovanju u odnosu na okolne objekte. Statika je proučavanje uvjeta ravnoteže. Jedan od mehanizama, poznavanje uvjeta ravnoteže za čije djelovanje je od temeljne važnosti, je poluga. Razmotrite u članku koje su vrste poluge.
Što je to u fizici?
Prije nego pričamo o vrstama poluga (iz fizike 7. razred prolazi ovu temu), definirajmo ovaj uređaj. Poluga je jednostavan mehanizam koji vam omogućuje pretvaranje sile u udaljenost i obrnuto. Poluga ima jednostavan uređaj, sastoji se od grede (daske, šipke), koja ima određenu duljinu, i jednog oslonca. Položaj nosača nije fiksiran, pa se može nalaziti i na sredini grede i na njenom kraju. Odmah napominjemo da položaj oslonca općenito određuje vrstu poluge.
Potonje je čovjek koristio od pamtivijeka. Dakle, poznato je da su u staroj Mezopotamiji ili u Egiptu uz pomoć nje podizali vodu iz rijeka ili pomicali ogromno kamenje tijekomizgradnja raznih građevina. Aktivno se koristila poluga u staroj Grčkoj. Jedini pisani dokaz koji je preživio o korištenju ovog jednostavnog mehanizma je Plutarhov "Paralelni život", gdje filozof daje primjer Arhimedove upotrebe sustava blokova i poluga.
Koncept zakretnog momenta
Razumijevanje principa rada različitih tipova poluga u fizici moguće je ako se proučava pitanje ravnoteže mehanizma koji se razmatra, a koji je usko povezan s konceptom momenta sile.
Moment sile je vrijednost koja se dobije množenjem sile s udaljenosti od točke njezine primjene do osi rotacije. Ta se udaljenost naziva "rame sile". Označimo F i d - silu i njezino rame, redom, tada dobivamo:
M=Fd
Moment sile pruža mogućnost rotacije oko ove osi cijelog sustava. Živopisni primjeri u kojima možete promatrati trenutak djelovanja sile su odvrtanje matice ključem ili otvaranje vrata ručkom koja je daleko od šarki vrata.
Okretni moment je vektorska veličina. U rješavanju problema često se mora voditi računa o njegovom predznaku. Treba imati na umu da svaka sila koja uzrokuje rotaciju sustava tijela u smjeru suprotnom od kazaljke na satu stvara moment sile sa predznakom +.
Stanje poluge
Slika iznad prikazuje tipičnu polugu i označene su sile koje djeluju na nju. Kasnije u članku će se reći da je -poluga prve vrste. Ovdje slova F i R označavaju vanjsku silu, odnosno određenu težinu tereta. Također možete vidjeti da je oslonac pomaknut od centra, tako da duljine krakova dF i dR nisu jednake jedna drugoj.
U statici se pokazuje da se poluga ne pomiče kao cijeli mehanizam, zbroj svih sila koje na nju djeluju mora biti jednak nuli. Zabilježili smo samo dva od njih. Zapravo, postoji i treći, koji je suprotan ova dva i jednak njihovom zbroju - to je reakcija podrške.
Kako se poluga ne bi kretala, potrebno je da zbroj svih momenata sila bude jednak nuli. Rame sile reakcije oslonca je nula, pa ne stvara moment. Ostaje zapisati trenutke sila F i R:
RdR- FdF=0=>
RdR=FdF
Zabilježeni uvjet ravnoteže poluge kao formula, također dano:
dR/dF=F/R
Ova jednakost znači da da se poluga ne bi rotirala, vanjska sila mora biti onoliko puta veća (manja) od težine tereta koji se podiže, koliko je puta krak te sile manji (veći) od ruke na koju težina djeluje na teret.
Dana formulacija znači da koliko puta pobijedimo na putu uz pomoć razmatranog mehanizma, gubimo isti iznos na snazi.
Poluga prve vrste
Prikazano je u prethodnom odlomku. Ovdje samo kažemo da se za polugu ovog tipa oslonac nalazi između djelujućih sila F i R. Ovisno o omjeru duljina krakova, takva poluga možekoristiti i za dizanje utega i za ubrzavanje tijela.
Mehaničke vage, škare, izvlakač čavala, katapult primjeri su poluga prve vrste.
U slučaju ravnoteže imamo dva kraka iste dužine, pa se ravnoteža poluge postiže samo kada su sile F i R međusobno jednake. Ova se činjenica koristi za vaganje tijela nepoznate mase uspoređivanjem s referentnom vrijednošću.
Škare i alat za izvlačenje noktiju vrhunski su primjeri dobivanja snage, ali gubljenja na tom putu. Svi znaju da što je bliže osi škara položen list papira, lakše ga je rezati. Naprotiv, ako pokušate rezati papir vrhovima škara, postoji velika vjerojatnost da će ga početi "žvakati". Što je dulja ručka škara ili izvlakača za nokte, lakše je izvesti odgovarajuću operaciju.
Što se tiče katapulta, ovo je živopisan primjer dobivanja uz pomoć poluge na putu, a time i u ubrzanju koje njegovo rame daje projektilu.
Poluga druge vrste
U svim polugama druge vrste, oslonac se nalazi blizu jednog od krajeva grede. Ovaj raspored dovodi do prisutnosti samo jednog ramena na poluzi. U ovom slučaju, težina tereta se uvijek nalazi između oslonca i vanjske sile F. Raspored sila u poluzi druge vrste dovodi do jedinog korisnog rezultata: dobitka snage.
Primjeri ove vrste poluge su kolica, koja se koriste za nošenje teških tereta, i orašivač. U oba slučaja gubitak na tom putu nema nikakvu negativnu vrijednost. Dakle, u slučaju ručnogkolica, važno je samo držati teret na težini dok se kreće. U ovom slučaju, primijenjena sila je nekoliko puta manja od težine tereta.
Poluga treće vrste
Dizajn ove poluge je u mnogočemu sličan prethodnoj. Oslonac se u ovom slučaju također nalazi na jednom od krajeva grede, a poluga ima jednu ruku. Međutim, položaj djelujućih sila u njemu je potpuno drugačiji nego kod poluge druge vrste. Točka primjene sile F je između težine tereta i oslonca.
Lopata, barijera, štap za pecanje i pinceta upečatljivi su primjeri ove vrste poluge. U svim tim slučajevima pobjeđujemo na putu, ali dolazi do značajnog gubitka snage. Na primjer, da biste pincetom držali težak teret, morate primijeniti veliku silu F, tako da korištenje ovog alata ne znači držanje teških predmeta s njim.
Zaključno, napominjemo da sve vrste poluga rade na istom principu. Oni ne daju dobit u radu premještanja robe, već vam samo omogućuju preraspodjelu ovog posla u smjeru njegove prikladnije provedbe.
