Како израчунати полуге и полуге

Практично сви знају шта је аполугајесте, иако би већина људи могла бити изненађена када сазна колико је широк спектарједноставне машинеквалификовати као такав.

Лабаво речено, полуга је алат који се користи за „извлачење“ нечега на начин на који ниједан други немоторизовани апарат не може да управља; у свакодневном језику се каже да неко ко је успео да стекне јединствени облик моћи над ситуацијом поседује „полугу“.

Учење о полугама и начину примене једначина које се односе на њихову употребу један је од награђиванијих процеса који уводна физика нуди. Укључује мало о сили и обртном моменту, уводи контра-интуитиван, али пресудан концептумножавање сила, и упућује вас на кључне концепте као што сурадитии облици енергије у погодби.

Једна од главних предности полуга је та што се лако могу „сложити“ на такав начин да створе значајнумеханичка предност. Сложени прорачуни полуге помажу да се илуструје колико моћан, али понизан може бити добро дизајнирани „ланац“ једноставних машина.

​Исак Њутн(1642–1726), поред тога што је заслужан за суизмишљање математичке дисциплине од рачун, проширен на рад Галилеа Галилеја на развоју формалних односа између енергије и кретање. Конкретно, предложио је, између осталог, да:

Објекти се опиру променама брзине на начин пропорционалан њиховој маси (закон инерције, први Њутнов закон);

Количина која се зовесиладелује на масе како би променио брзину, процес тзвубрзање​ (​Ф = ма, Други Њутнов закон);

Количина која се зовезамах, производ масе и брзине, веома је користан у прорачунима јер се чува (тј. његова укупна количина се не мења) у затвореним физичким системима. Укупноенергијеје такође конзервирано.

Комбиновање низа елемената ових односа резултира концептомрадити, која јесила помножена кроз даљину​:

Кроз ову сочиву започиње проучавање полуга.

Полуге припадају класи уређаја познатих каоједноставне машине, који такође укључујезупчаници, ременице, нагнуте равни, клиновиишрафови. (Сама реч „машина“ потиче од грчке речи која значи „помоћи да се олакша“.)

Све једноставне машине деле једну особину: Множе силу на штету даљине (а додата удаљеност је често паметно скривена). Закон очувања енергије потврђује да ниједан систем не може „створити“ рад ни из чега, али чак и ако је вредност В ограничена, друге две променљиве у једначини нису.

Варијабла од интереса за једноставну машину је њенамеханичка предност, што је само однос излазне силе према улазној сили:

Често се ова количина изражава каоидеална механичка предност, или ИМА, што је механичка предност коју би машина уживала да нису присутне силе трења.

Једноставна полуга је чврста шипка неке врсте која се слободно може окретати око фиксне тачке која се назива аупориштеако се на полугу примене силе. Упориште се може налазити на било којој удаљености дуж дужине полуге. Ако полуга доживљава силе у облику обртних момената, то су силе које делују око осе ротације, полуга се неће померати под условом да је збир сила (обртних момената) које делују на штап једнак нули.

Обртни моменат је производ примењене силе плус удаљеност од упоришног места. Тако систем који се састоји од једне полуге која делује на две силеФ₁иФ₂на растојањима х₁ и к₂ из упоришта је у равнотежи кадаФ​_​1​Икс₁ = ​Ф​_​2​Икс₂.

• Производ Ф и к назива се атренутак, што је било која сила која приморава објекат да на неки начин почне да се окреће.

Између осталих ваљаних тумачења, овај однос значи да јака сила која делује на краткој удаљености може бити прецизно уравнотежен (не претпостављајући губитак енергије услед трења) слабијом силом која делује на већој удаљености и пропорционално манир.

Удаљеност од упоришта до тачке у којој се сила примењује на полугу позната је каополуга,илитренутак рука. (У овим једначинама изражено је употребом „к“ за визуелну једноставност; други извори могу да користе мала слова "л.")

Обртни моменти не морају деловати под правим углом у односу на полуге, мада за било коју примењену силу право (то јест, 90 °) угао даје максималну количину силе јер, једноставно речено, греши 90 ° = 1.

Да би објекат био у равнотежи, суме сила и обртних момената који делују на тај објекат морају бити једнаке нули. То значи да сви обртни моменти у смеру казаљке на сату морају бити уравнотежени тачно у моментима супротним од кретања казаљке на сату.

Обично је идеја примене силе на полугу померити нешто „искоришћавањем“ осигураног двосмерног компромиса између силе и ручице полуге. Сила којој се покушавате супротставити назива сесила отпора, а ваша сопствена улазна сила позната је каосила напора. Тако можете сматрати излазну силу достизањем вредности силе отпора у тренутку када објекат почне да се окреће (тј. Када услови равнотеже више нису испуњени.

Захваљујући односима између рада, силе и дистанце, МА се ово може изразити као

Где је Д_е је удаљеност коју прелази крак напора (ротационо говорећи) и д_р је растојање кретања полуге отпора.

Уђите полугетри врсте​.

• ​Првог реда:Упориште је између напора и отпора (пример: „тестера“).
• ​Друга наруџба: Напор и отпор су на истој страни упоришта, али усмерени у супротним смеровима, напорима даље од упоришног места (пример: колица).
• ​Трећи поредак:Напор и отпор су на истој страни упоришта, али усмерени у супротним смеровима, са теретом даље од упоришта (пример: класични катапулт).

А.сложена полугаје низ полуга које делују заједно, тако да излазна сила једне полуге постаје улазна сила следеће полуге, омогућавајући на крају огроман степен умножавања силе.

Клавирски тастери представљају један пример сјајних резултата који могу произаћи из грађевинских машина које садрже сложене полуге. Једноставнији пример за визуализацију је типичан сет шкара за нокте. Помоћу њих примењујете силу на ручку која спаја два комада метала захваљујући завртњу. Овом вијком дршка је спојена са горњим делом метала, стварајући једно упориште, а два дела су спојена другим упориштем на супротном крају.

Имајте на уму да када примените силу на ручку, она се помера много даље (ако је удаљена само центиметар) од два оштра краја крајева, којима је потребно само неколико милиметара да се приближе и учине своје посао. Сила коју примењујете лако се множи захваљујући д_р тако мали.

Сила од 50 њутна (Н) примењује се у смеру казаљке на сату на удаљености од 4 метра (м) од упоришног места. Коју силу треба применити на удаљености од 100 м са друге стране упоришта да би се уравнотежило ово оптерећење?

Овде доделите променљиве и подесите једноставну пропорцију. Ф₁= 50 Н, х₁ = 4 м и к₂ = 100 м.

Знате да Ф.₁Икс₁ = Ф.₂Икс₂, тако

Због тога је потребна само мала сила да се надокнади отпорно оптерећење, све док сте спремни да одступите дужину фудбалског терена да бисте то урадили!