Ravnovesje v fiziki je stanje sistema, v katerem je v relativnem mirovanju glede na okoliške predmete. Statika je študij ravnotežnih pogojev. Eden od mehanizmov, katerega poznavanje ravnotežnih pogojev za delovanje je temeljnega pomena, je vzvod. V članku razmislite, kakšne so vrste finančnega vzvoda.
Kaj je to v fiziki?
Preden govorimo o vrstah vzvodov (v fiziki 7. razred preide to temo), definirajmo to napravo. Vzvod je preprost mehanizem, ki vam omogoča pretvarjanje sile v razdaljo in obratno. Vzvod ima preprosto napravo, sestavljen je iz nosilca (deske, palice), ki ima določeno dolžino, in ene podpore. Položaj nosilca ni fiksen, zato se lahko nahaja tako na sredini nosilca kot na njegovem koncu. Takoj ugotavljamo, da položaj podpore na splošno določa vrsto vzvoda.
Slednjega je človek uporabljal že od nekdaj. Tako je znano, da so v starodavni Mezopotamiji ali v Egiptu s pomočjo nje dvigali vodo iz rek ali premikali ogromne kamne medgradnja različnih struktur. V stari Grčiji so aktivno uporabljali vzvod. Edini ohranjeni pisni dokazi o uporabi tega preprostega mehanizma so Plutarhova "Vzporedna življenja", kjer filozof navaja primer Arhimedove uporabe sistema blokov in vzvodov.
Koncept navora
Razumevanje načela delovanja različnih vrst vzvodov v fiziki je mogoče, če preučite vprašanje ravnotežja obravnavanega mehanizma, ki je tesno povezan s konceptom momenta sile.
Moment sile je vrednost, ki se dobi z množenjem sile z razdaljo od točke njene uporabe do osi vrtenja. Ta razdalja se imenuje "rame sile". Označimo F in d - silo oziroma njeno ramo, potem dobimo:
M=Fd
Moment sile zagotavlja možnost vrtenja okoli te osi celotnega sistema. Živahni primeri, v katerih lahko opazujete trenutek sile pri delovanju, so odviti matico s ključem ali odpiranje vrat z ročajem, ki je daleč od tečajev vrat.
Navor je vektorska količina. Pri reševanju problemov je pogosto treba upoštevati njegov predznak. Ne smemo pozabiti, da vsaka sila, ki povzroči, da se sistem teles vrti v nasprotni smeri urinega kazalca, ustvari moment sile z znakom +.
ravnotežje vzvoda
Zgornja slika prikazuje tipičen vzvod in označene so sile, ki delujejo nanj. Kasneje v članku bo rečeno, da je -vzvod prve vrste. Tukaj črki F in R označujeta zunanjo silo oziroma določeno težo bremena. Vidite lahko tudi, da je opora zamaknjena od središča, tako da dolžini rok dF in dR nista enaki drug drugemu.
V statiki je prikazano, da se vzvod ne premika kot celoten mehanizem, vsota vseh sil, ki delujejo nanj, mora biti enaka nič. Opazili smo le dva izmed njih. Pravzaprav obstaja tudi tretji, ki je nasproten tema dvema in enak njuni vsoti - to je reakcija podpore.
Da ročica ne bi izvajala rotacijskih gibov, je potrebno, da je vsota vseh momentov sil enaka nič. Rame reakcijske sile podpore je nič, zato ne ustvari trenutka. Ostaja še zapisati trenutke sil F in R:
RdR- FdF=0=>
RdR=FdF
Zabeleženi ravnotežni pogoj vzvoda kot formula, podana tudi:
dR/dF=F/R
Ta enakost pomeni, da mora biti zunanja sila, da se vzvod ne vrti, tolikokrat večja (manjša) od teže dvignjenega bremena, kolikokrat je roka te sile manjša (večji) od roke, na katero teža deluje tovor.
Dano besedilo pomeni, da kolikokrat zmagamo na poti s pomočjo obravnavanega mehanizma, izgubimo enako količino moči.
Vzvod prve vrste
Prikazano je bilo v prejšnjem odstavku. Tukaj samo rečemo, da se pri tovrstnem vzvodu opora nahaja med delujočima silama F in R. Odvisno od razmerja dolžin ročic lahko tak vzvoduporablja se tako za dvigovanje uteži kot za pospeševanje telesa.
Mehanske tehtnice, škarje, izvijač žebljev, katapult so primeri vzvodov prve vrste.
V primeru ravnotežja imamo dve kraki enake dolžine, zato je ravnotežje vzvoda doseženo le, če sta sili F in R med seboj enaki. To dejstvo se uporablja za tehtanje teles neznane mase tako, da ga primerjamo z referenčno vrednostjo.
Škarje in lovilec za nohte sta odlična primera pridobivanja moči, a na poti izgubljanja. Vsi vedo, da bližje osi škarij je list papirja položen, lažje ga je razrezati. Nasprotno, če poskušate rezati papir s konicami škarij, obstaja velika verjetnost, da ga bodo začeli "žvečiti". Daljši kot je ročaj škarje ali izvlečka za nohte, lažje je izvesti ustrezno operacijo.
Kar se tiče katapulta, je to nazoren primer pridobivanja s pomočjo vzvoda na poti in torej pri pospešku, ki ga njegova rama daje izstrelku.
Vzvod druge vrste
Pri vseh vzvodih druge vrste je opora nameščena blizu enega od koncev nosilca. Ta razporeditev vodi do prisotnosti le enega ramena pri vzvodu. V tem primeru se teža bremena vedno nahaja med oporo in zunanjo silo F. Razporeditev sil v vzvodu druge vrste vodi do edinega uporabnega rezultata: pridobivanja moči.
Primera te vrste finančnega vzvoda sta samokolnica, ki se uporablja za prevoz težkih tovorov, in orešček. V obeh primerih izguba na poti nima negativne vrednosti. Torej, v primeru ročnegasamokolnice, pomembno je le, da obremenitev obdrži na teži, medtem ko se premika. V tem primeru je uporabljena sila nekajkrat manjša od teže bremena.
Vzvod tretje vrste
Zasnova te vrste vzvoda je v marsičem podobna prejšnji. Podpora se v tem primeru nahaja tudi na enem od koncev žarka, vzvod pa ima eno ročico. Vendar je lokacija delujočih sil v njej popolnoma drugačna kot pri vzvodu druge vrste. Točka delovanja sile F je med težo bremena in oporo.
Lopata, pregrada, ribiška palica in pinceta so presenetljivi primeri te vrste finančnega vzvoda. V vseh teh primerih na poti zmagamo, vendar pride do občutne izgube moči. Na primer, če želite s pinceto držati težke obremenitve, morate uporabiti veliko silo F, zato uporaba tega orodja ne pomeni, da z njim držite težke predmete.
Na koncu ugotavljamo, da vse vrste vzvodov delujejo po istem principu. Ne dajejo dobička pri delu pri premikanju blaga, ampak vam omogočajo le prerazporeditev tega dela v smeri njegove bolj priročne izvedbe.
