Čovječanstvo već dugo koristi jednostavne strojeve i mehanizme kako bi fizički rad učinio lakšim i jednostavnijim. Jedan od tih mehanizama je poluga. Što je poluga u fizici, koja formula opisuje njezinu ravnotežu i koje su vrste poluga - sva ova pitanja otkrivamo u članku.
koncept
Poluga u fizici je mehanizam koji se sastoji od grede ili daske i jednog oslonca. Oslonac općenito dijeli gredu na dva nejednaka dijela, koji se nazivaju krakovi poluge. Potonji mogu izvesti rotacijski pokret oko uporišta.
Budući da je jednostavan mehanizam, poluga je dizajnirana za obavljanje fizičkog rada s povećanjem snage ili u tranzitu. Primijenjene sile djeluju na krakove poluge tijekom njenog rada. Jedna od njih je moć otpora. Stvara ga težina tereta koji treba pomaknuti (podići). Druga sila je neka vanjska sila, koja se u većini slučajeva primjenjuje na krak poluge uz pomoć ljudskih ruku.
Slika iznad prikazuje tipičnu polugu sadva ramena. Kasnije u članku bit će objašnjeno zašto se odnosi na financijsku polugu druge vrste.
Pravilo poluge izgleda ovako:
SilaRuka sile=OpterećenjeRuka opterećenja
Trenutak sile
Napravimo malo digresije od teme poluge u fizici i razmotrimo važnu fizikalnu veličinu za razumijevanje njezina rada. Riječ je o trenutku sile. To je umnožak sile i duljine kraka njezine primjene, koji je matematički zapisan na sljedeći način:
M=Fd
Važno je ne brkati, krak sile d i krak poluge, općenito, to su različiti pojmovi.
Moment sile pokazuje sposobnost potonjeg da napravi zaokret u sustavu. Dakle, mnogi ljudi znaju da je mnogo lakše otvoriti vrata za kvaku nego ih gurnuti blizu šarki, ili je lakše odvrnuti maticu na vijku dugim ključem nego kratkim.
Moment sile je vektor. Da bismo razumjeli rad jednostavnog mehanizma poluge u fizici, dovoljno je znati da se moment smatra pozitivnim ako sila teži okretanju poluge u smjeru suprotnom od kazaljke na satu. Ako ima tendenciju da se okrene u smjeru kazaljke na satu, tada treba uzeti trenutak sa predznakom minus.
Ravnoteža poluge u fizici
Da biste lakše razumjeli pod kojim uvjetima će poluga biti u ravnoteži, razmotrite sljedeću sliku.
Ovdje su prikazane dvije sile: opterećenje R i vanjska sila F primijenjene da se to prevladaopterećenja. Krakovi ovih sila jednaki su dR i dF, respektivno. Zapravo, postoji još jedna sila - reakcija potpore, koja djeluje okomito prema gore na mjestu kontakta između grede i oslonca poluge. Budući da je rame ove sile jednako nuli, neće se dalje razmatrati pri određivanju uvjeta ravnoteže.
Prema statici, rotacija sustava je nemoguća ako je zbroj momenata vanjskih sila jednak nuli. Napišimo zbroj ovih trenutaka, uzimajući u obzir njihov predznak:
RdR- FdF=0.
Napisana jednakost odražava dovoljan uvjet ravnoteže za polugu. Ako na polugu ne djeluju dvije sile, već više, onda će ovo stanje i dalje ostati. Samo umjesto zbroja dvaju momenata sila, bit će potrebno pronaći zbroj svih momenata djelujućih sila i izjednačiti ih s nulom.
Pobjeda je jaka i na putu
Izraz za momente sila poluge u fizici, koji je napisan u prethodnom paragrafu, bit će prepisan u sljedećem obliku:
RdR=FdF
Iz gornje formule slijedi:
dR / dF=F / R.
Ova jednakost kaže da je za održavanje ravnoteže potrebno da sila F bude onoliko puta veća od težine tereta R, koliko puta njegov krak dF manje od ruke d R. Budući da veći krak u procesu pomicanja poluge prelazi duži put od manjeg kraka, dobivamo mogućnost da isti rad izvedemo pomoću poluge na dva načina:
- primijenite više sile F i pomaknite rame premakratka udaljenost;
- primijenite malu silu F i pomaknite rame na veliku udaljenost.
U prvom slučaju se govori o dobitku na putu u procesu pomicanja tereta R, u drugom slučaju dobiva se dobit u snazi, budući da je F < R.
Gdje se koristi poluga i što je ona?
Ovisno o mjestu primjene sila poluge u fizici i o položaju oslonca, najjednostavniji mehanizam može biti tri vrste:
- Ovo je poluga s dvije ruke, u kojoj je položaj potpore jednako uklonjen s oba kraja grede. Ovisno o omjeru duljina krakova, ova vrsta poluge omogućuje pobjedu i u načinu i u snazi. Primjeri njegove upotrebe uključuju vage, kliješta, škare, izvlakač noktiju, dječju ljuljačku.
- Poluga druge vrste je jednokraka, odnosno oslonac se nalazi blizu jednog od njegovih krajeva. U ovom slučaju, vanjska sila se primjenjuje na drugi kraj grede, a sila opterećenja djeluje između potpore i vanjske sile, što vam omogućuje da pobijedite upravo u ovoj sili. Kolica ili orašara su vrhunski primjeri ove vrste poluge.
- Treći tip mehanizma predstavljen je primjerima kao što su štap za pecanje ili pinceta. Ova poluga je također jednokraka, ali je vanjska primijenjena sila već bliža osloncu nego točki primjene opterećenja. Ovaj dizajn jednostavnog mehanizma omogućuje vam da pobijedite na cesti, ali izgubite snagu. Zato je malu ribu teško držati pincetom na utezi na kraju štapa za pecanje ili teškom predmetu.
Da ponovim, poluga u fizici samo dopuštaučiniti pogodnim za obavljanje ovog ili onog posla premještanja robe, ali vam ne dopušta pobjedu u ovom poslu.
