Ang mga modernong makina ay may medyo kumplikadong disenyo. Gayunpaman, ang prinsipyo ng pagpapatakbo ng kanilang mga sistema ay batay sa paggamit ng mga simpleng mekanismo. Ang isa sa kanila ay ang pingga. Ano ang kinakatawan nito mula sa punto ng view ng pisika, at gayundin, sa ilalim ng anong kondisyon ay balanse ang pingga? Sasagutin namin ito at ang iba pang mga tanong sa artikulo.
Lever sa physics
Lahat ay may magandang ideya kung anong uri ng mekanismo ito. Sa pisika, ang isang pingga ay isang istraktura na binubuo ng dalawang bahagi - isang sinag at isang suporta. Ang isang sinag ay maaaring isang tabla, isang baras, o anumang iba pang solidong bagay na may tiyak na haba. Ang suporta, na matatagpuan sa ibaba ng sinag, ay ang punto ng balanse ng mekanismo. Tinitiyak nito na ang lever ay may axis ng pag-ikot, hinahati ito sa dalawang braso at pinipigilan ang system na sumulong sa kalawakan.
Ang sangkatauhan ay gumagamit ng pingga mula noong sinaunang panahon, pangunahin upang mapadali ang gawain ng pagbubuhat ng mabibigat na karga. Gayunpaman, ang mekanismong ito ay may mas malawak na aplikasyon. Kaya maaari itong magamit upang bigyan ang pagkarga ng isang malaking salpok. Isang pangunahing halimbawa ng naturang aplikasyonay medieval catapults.
Mga puwersang kumikilos sa pingga
Para mas madaling isaalang-alang ang mga puwersang kumikilos sa mga braso ng lever, isaalang-alang ang sumusunod na figure:
Nakikita namin na ang mekanismong ito ay may magkaibang mga braso (dR<dF). Dalawang puwersa ang kumikilos sa mga gilid ng mga balikat, na nakadirekta pababa. Ang panlabas na puwersa F ay may posibilidad na iangat ang load R at magsagawa ng kapaki-pakinabang na gawain. Ang load R ay lumalaban sa pag-angat na ito.
Sa katunayan, mayroong ikatlong puwersa na kumikilos sa sistemang ito - ang reaksyon ng suporta. Gayunpaman, hindi nito pinipigilan o nakakatulong sa pag-ikot ng lever sa paligid ng axis, tinitiyak lamang nito na ang buong system ay hindi umuusad.
Kaya, ang balanse ng pingga ay tinutukoy ng ratio ng dalawang puwersa lamang: F at R.
Kondisyon ng equilibrium ng mekanismo
Bago isulat ang formula ng balanse para sa isang lever, isaalang-alang natin ang isang mahalagang pisikal na katangian ng rotational motion - ang sandali ng puwersa. Ito ay nauunawaan bilang produkto ng balikat d at ang puwersa F:
M=dF.
Ang formula na ito ay wasto kapag ang puwersa F ay kumikilos patayo sa lever arm. Inilalarawan ng value d ang distansya mula sa fulcrum (axis of rotation) hanggang sa punto ng paggamit ng force F.
Pag-alala sa mga static, tandaan namin na ang system ay hindi iikot sa mga axes nito kung ang kabuuan ng lahat ng mga sandali nito ay katumbas ng zero. Kapag nahanap ang kabuuan na ito, ang tanda ng sandali ng puwersa ay dapat ding isaalang-alang. Kung ang puwersa na pinag-uusapan ay may posibilidad na gumawa ng counterclockwise turn, pagkatapos ay ang sandaling ito ay lumilikha ay magiging positibo. Kung hindi, kapag kinakalkula ang sandali ng puwersa, kunin ito nang may negatibong senyales.
Paglalapat ng kondisyon sa itaas ng rotational equilibrium para sa lever, makuha namin ang sumusunod na pagkakapantay-pantay:
dRR - dFF=0.
Pagbabago sa pagkakapantay-pantay na ito, maaari nating isulat ito ng ganito:
dR/dF=F/R.
Ang huling expression ay ang formula ng balanse ng lever. Sinasabi ng pagkakapantay-pantay na: kung mas malaki ang leverage dF kumpara sa dR, mas kaunting puwersa F ang kailangang ilapat upang balansehin ang load R.
Ang formula para sa equilibrium ng isang pingga na ibinigay gamit ang konsepto ng moment of force ay unang eksperimento na nakuha ni Archimedes noong ika-3 siglo BC. e. Ngunit nakuha niya ito ng eksklusibo sa pamamagitan ng karanasan, dahil sa oras na iyon ang konsepto ng sandali ng puwersa ay hindi pa ipinakilala sa pisika.
Ang nakasulat na kondisyon ng balanse ng lever ay ginagawang posible ring maunawaan kung bakit ang simpleng mekanismong ito ay nagbibigay ng panalo sa paraan man o sa lakas. Ang katotohanan ay kapag pinihit mo ang mga braso ng pingga, ang isang mas malaking distansya ay naglalakbay nang mas mahaba. Kasabay nito, ang isang mas maliit na puwersa ay kumikilos dito kaysa sa isang maikli. Sa kasong ito, nakakakuha tayo ng pakinabang sa lakas. Kung ang mga parameter ng mga balikat ay naiwang pareho, at ang pagkarga at puwersa ay nabaligtad, pagkatapos ay makakakuha ka ng pakinabang sa daan.
Problema sa balanse
Ang haba ng arm beam ay 2 metro. Suportamatatagpuan sa layong 0.5 metro mula sa kaliwang dulo ng sinag. Nabatid na nasa equilibrium ang lever at kumikilos ang puwersang 150 N sa kaliwang balikat nito. Anong masa ang dapat ilagay sa kanang balikat upang balansehin ang puwersang ito.
Upang malutas ang problemang ito, inilalapat namin ang panuntunan sa balanse na isinulat sa itaas, mayroon kaming:
dR/dF=F/R=>
1, 5/0, 5=150/R=>
R=50 N.
Kaya, ang bigat ng load ay dapat na katumbas ng 50 N (hindi dapat malito sa masa). Isinasalin namin ang halagang ito sa katumbas na masa gamit ang formula para sa gravity, mayroon kaming:
m=R/g=50/9, 81=5.1kg.
Ang isang katawan na tumitimbang lamang ng 5.1 kg ay magbabalanse ng puwersa na 150 N (ang halagang ito ay tumutugma sa bigat ng isang katawan na tumitimbang ng 15.3 kg). Ito ay nagpapahiwatig ng tatlong beses na pagtaas ng lakas.
