İnsanlık, fiziksel emeği daha kolay ve basit hale getirmek için uzun zamandır basit makineler ve mekanizmalar kullanıyor. Bu mekanizmalardan biri kaldıraçtır. Fizikte kaldıraç nedir, dengesini hangi formülle açıklar ve kaldıraç çeşitleri nelerdir - tüm bu sorular makalede açıklanmaktadır.
Konsept
Fizikte bir kaldıraç, bir kiriş veya tahta ve bir destekten oluşan bir mekanizmadır. Destek genellikle kirişi kaldıraç kolları olarak adlandırılan iki eşit olmayan parçaya böler. İkincisi, dayanak noktası etrafında dönme hareketi yapabilir.
Basit bir mekanizma olan kaldıraç, güçte veya geçişte kazanç ile fiziksel iş yapmak için tasarlanmıştır. Uygulanan kuvvetler, çalışması sırasında kolun kollarına etki eder. Bunlardan biri direnişin gücüdür. Taşınması (kaldırılması) gereken yükün ağırlığı ile oluşturulur. İkinci kuvvet, çoğu durumda insan eli yardımıyla kaldıraç koluna uygulanan bir miktar dış kuvvettir.
Yukarıdaki resim tipik bir kolu gösterir.iki omuz. Makalenin ilerleyen bölümlerinde, neden ikinci tür kaldıraca atıfta bulunduğu açıklanacaktır.
Kaldıraç kuralı şuna benzer:
ForceForce arm=LoadLoad arm
Güç anı
Fizikteki kaldıraç temasından biraz uzaklaşalım ve işleyişini anlamak için önemli bir fiziksel niceliği ele alalım. Güç anıyla ilgili. Matematiksel olarak aşağıdaki gibi yazılmış olan, uygulamasının kolunun uzunluğunun ve kuvvetinin çarpımıdır:
M=Fd
Karıştırmamak önemlidir, d kuvvetinin kolu ile kaldıracın kolu genel olarak farklı kavramlardır.
Kuvvet momenti, ikincisinin sistemde bir dönüş yapma yeteneğini gösterir. Bu nedenle, birçok kişi, kapıyı menteşelere yakın itmektense tutamağından açmanın çok daha kolay olduğunu veya cıvata üzerindeki somunu uzun bir anahtarla sökmenin kısa bir anahtardan daha kolay olduğunu bilir.
Kuvvet momenti bir vektördür. Fizikte basit bir kaldıraç mekanizmasının çalışmasını anlamak için, kuvvet kaldıraç kolunu saat yönünün tersine çevirme eğilimindeyse, anın pozitif olarak kabul edildiğini bilmek yeterlidir. Saat yönünde dönme eğilimindeyse, o an eksi işaretiyle alınmalıdır.
Fizikte denge dengesi
Kolun hangi koşulda dengede olacağını anlamayı kolaylaştırmak için aşağıdaki şekli göz önünde bulundurun.
Burada iki kuvvet gösterilmektedir: bir R yükü ve bunun üstesinden gelmek için uygulanan bir dış kuvvet Fyükler. Bu kuvvetlerin kolları sırasıyla dR ve dF'a eşittir. Aslında, başka bir kuvvet daha vardır - kiriş ile kolun desteği arasındaki temas noktasında dikey olarak yukarı doğru hareket eden desteğin tepkisi. Bu kuvvetin omzu sıfıra eşit olduğu için denge durumu belirlenirken daha fazla dikkate alınmayacaktır.
Statiğe göre, dış kuvvetlerin momentlerinin toplamı sıfıra eşitse sistemin dönüşü imkansızdır. Bu anların toplamını işaretlerini dikkate alarak yazalım:
RdR- FdF=0.
Yazılı eşitlik, kaldıraç için yeterli denge koşulunu yansıtır. Kola iki kuvvet değil, daha fazlası etki ederse, bu durum yine de kalacaktır. Sadece iki kuvvet momentinin toplamı yerine, etki eden kuvvetlerin tüm momentlerinin toplamını bulmak ve bunları sıfıra eşitlemek gerekecektir.
Galibiyet güçlü ve yolda
Fizikteki kaldıraç kuvvetlerinin momentleri için bir önceki paragrafta yazılan ifade şu şekilde yeniden yazılacaktır:
RdR=FdF
Yukarıdaki formülden yola çıkarak:
dR / dF=F / R.
Bu eşitlik, dengeyi korumak için, F kuvvetinin, R yükünün ağırlığından, kolunun kaç katı kadar büyük olması gerektiğini söylüyor dF koldan daha az d R. Kaldıracı hareket ettirme işleminde büyük kol küçük koldan daha uzun bir yol kat ettiğinden, aynı işi kolu kullanarak iki şekilde yapma fırsatını elde ederiz:
- daha fazla F kuvveti uygulayın ve omzukısa mesafe;
- küçük bir F kuvveti uygulayın ve omzu uzun bir mesafe hareket ettirin.
İlk durumda, kişi R yükünü hareket ettirme sürecinde yolda bir kazançtan bahseder, ikinci durumda, F < R'den beri güçte bir kazanç elde edilir.
Kaldıraç nerede kullanılır ve nelerdir?
Fizikte kaldıraç kuvvetlerinin uygulama noktasına ve desteğin konumuna bağlı olarak, en basit mekanizma üç tipte olabilir:
- Bu, destek konumunun kirişin her iki ucundan eşit olarak kaldırıldığı iki kollu bir koldur. Kolların uzunluklarının oranına bağlı olarak, bu tür kaldıraç, hem yolda hem de güçte kazanmanıza izin verir. Kullanım örnekleri arasında terazi, pense, makas, tırnak makası, bebek salıncağı sayılabilir.
- İkinci tür kaldıraç tek kolludur, yani destek uçlarından birinin yakınında bulunur. Bu durumda, kirişin diğer ucuna dış kuvvet uygulanır ve yük kuvveti, destek ile dış kuvvet arasında hareket eder, bu da bu kuvvette kazanmanızı sağlar. Bir el arabası veya bir fındıkkıran, bu tür bir kaldıracın başlıca örnekleridir.
- Üçüncü tip mekanizma, olta veya cımbız gibi örneklerle temsil edilir. Bu kol da tek kolludur, ancak uygulanan dış kuvvet zaten desteğe yükün uygulama noktasından daha yakındır. Basit bir mekanizmanın bu tasarımı, yolda kazanmanıza, ancak güç kaybetmenize izin verir. Bu nedenle olta ucundaki ağırlıkta küçük bir balığı veya cımbızla ağır bir nesneyi tutmak zordur.
Yinelemek gerekirse, fizikteki bir kaldıraç yalnızcabu veya bu mal taşıma işini yapmayı kolaylaştırır, ancak bu işte kazanmanıza izin vermez.
