Človeštvo že dolgo uporablja preproste stroje in mehanizme za lažje in enostavnejše fizično delo. Eden od teh mehanizmov je vzvod. Kaj je vzvod v fiziki, kakšna formula opisuje njegovo ravnotežje in kakšne so vrste vzvodov - vsa ta vprašanja razkrivamo v članku.
koncept
Vzvod v fiziki je mehanizem, sestavljen iz nosilca ali deske in ene podpore. Podpora na splošno deli žarek na dva neenaka dela, ki ju imenujemo vzvodne roke. Slednji lahko izvede rotacijsko gibanje okoli točke osi.
Vzvod je preprost mehanizem in je zasnovan za opravljanje fizičnega dela s pridobivanjem moči ali med prehodom. Uporabljene sile delujejo na krake vzvoda med njegovim delovanjem. Ena izmed njih je moč upora. Nastane zaradi teže bremena, ki ga je treba premakniti (dvigniti). Druga sila je neka zunanja sila, ki se v večini primerov s pomočjo človeških rok nanese na roko vzvoda.
Zgornja slika prikazuje tipičen vzvod zdve rameni. Kasneje v članku bo pojasnjeno, zakaj se nanaša na vzvod druge vrste.
Pravilo vzvoda izgleda takole:
SilaRoka sile=obremenitevNosilna roka
trenutek sile
Naredimo nekaj odmika od teme vzvoda v fiziki in razmislimo o pomembni fizikalni količini za razumevanje njenega delovanja. Gre za trenutek sile. Je produkt sile in dolžine roke njene uporabe, ki je matematično zapisan takole:
M=Fd
Pomembno je, da ne zamenjate, roka sile d in roka vzvoda, na splošno sta to različna pojma.
Moment sile kaže zmožnost slednjega, da naredi obrat v sistemu. Veliko ljudi torej ve, da je vrata veliko lažje odpreti za kljuko, kot pa jih potisniti blizu tečajev, ali pa je lažje odviti matico na vijaku z dolgim ključem kot s kratkim.
Moment sile je vektor. Za razumevanje delovanja preprostega vzvodnega mehanizma v fiziki je dovolj vedeti, da se trenutek šteje za pozitiven, če se sila nagiba k obračanju ročice v nasprotni smeri urnega kazalca. Če se nagiba k zavoju v smeri urinega kazalca, je treba trenutek vzeti z znakom minus.
Ravnovesje vzvoda v fiziki
Da boste lažje razumeli, pod kakšnimi pogoji bo vzvod v ravnotežju, upoštevajte naslednjo sliko.
Tu sta prikazani dve sili: obremenitev R in zunanja sila F za premagovanje tegaobremenitve. Kraki teh sil so enaki dR in dF. Pravzaprav obstaja še ena sila - reakcija podpore, ki deluje navpično navzgor na točki stika med žarkom in oporo vzvoda. Ker je rama te sile enaka nič, je ne bomo več upoštevali pri določanju ravnotežnega pogoja.
Po statiki je vrtenje sistema nemogoče, če je vsota momentov zunanjih sil enaka nič. Zapišimo vsoto teh trenutkov, upoštevajoč njihov predznak:
RdR- FdF=0.
Napisana enakost odraža zadosten ravnotežni pogoj za vzvod. Če na ročico ne delujeta dve sili, ampak več, bo ta pogoj še vedno ostal. Samo namesto vsote dveh momentov sil bo treba poiskati vsoto vseh momentov delujočih sil in jih enačiti z nič.
Zmaga je močna in na poti
Izraz za momente vzvodnih sil v fiziki, ki smo ga napisali v prejšnjem odstavku, bomo prepisali v naslednji obliki:
RdR=FdF
Iz zgornje formule sledi:
dR / dF=F / R.
Ta enakost pravi, da je za ohranjanje ravnotežja potrebno, da je sila F tolikokrat večja od teže bremena R, kolikokrat je njegova roka dF manj kot roka d R. Ker večja roka v procesu premikanja ročice prepotuje daljšo pot od manjše roke, dobimo možnost, da isto delo z ročico opravimo na dva načina:
- uporabite več sile F in premaknite ramo nakratka razdalja;
- uporabite majhno silo F in premaknite ramo na veliko razdaljo.
V prvem primeru govorimo o dobičku na poti v procesu premikanja bremena R, v drugem primeru dobimo povečanje moči, saj F < R.
Kje se uporablja finančni vzvod in kaj je?
Odvisno od točke delovanja vzvodnih sil v fiziki in od položaja podpore je lahko najpreprostejši mehanizem treh vrst:
- To je dvokraki vzvod, pri katerem je podporni položaj enako odstranjen z obeh koncev nosilca. Glede na razmerje dolžin rok vam ta vrsta vzvoda omogoča zmago tako v načinu kot v moči. Primeri njegove uporabe so tehtnice, klešče, škarje, izvijalec za nohte, gugalnica za dojenčke.
- Ročica druge vrste je enoročna, to pomeni, da je opora nameščena blizu enega od njenih koncev. V tem primeru se zunanja sila nanese na drugi konec nosilca, sila obremenitve pa deluje med oporo in zunanjo silo, kar vam omogoča, da zmagate prav v tej sili. Samokolnica ali treskalec orehov sta odličen primer te vrste finančnega vzvoda.
- Tretjo vrsto mehanizma predstavljajo primeri, kot so ribiška palica ali pinceta. Tudi ta vzvod je enoročen, vendar je zunanja uporabljena sila že bližje podpori kot točki uporabe obremenitve. Ta zasnova preprostega mehanizma vam omogoča, da zmagate na cesti, vendar izgubite v moči. Zato je težko držati majhno ribo na uteži na koncu ribiške palice ali težkega predmeta s pinceto.
Da ponovim, vzvod v fiziki dovoljuje samoomogoča priročno opravljanje tega ali onega dela premikanja blaga, vendar vam ne omogoča zmage pri tem delu.
