Müasir maşınlar kifayət qədər mürəkkəb dizayna malikdir. Lakin onların sistemlərinin iş prinsipi sadə mexanizmlərin istifadəsinə əsaslanır. Onlardan biri də qoldur. Fizika nöqteyi-nəzərindən nəyi təmsil edir, həmçinin rıçaq hansı vəziyyətdə tarazlıqdadır? Bu və digər suallara məqalədə cavab verəcəyik.
Fizikada rıçaq
Hər kəs bunun necə mexanizm olduğunu yaxşı bilir. Fizikada bir qolu iki hissədən - bir şüa və dayaqdan ibarət bir quruluşdur. Şüa lövhə, çubuq və ya müəyyən uzunluğa malik hər hansı digər bərk obyekt ola bilər. Şüanın altında yerləşən dayaq mexanizmin tarazlıq nöqtəsidir. O, qolun fırlanma oxuna malik olmasını təmin edir, onu iki qola bölür və sistemin kosmosda irəliləməsinə mane olur.
Bəşəriyyət qolu qədim zamanlardan əsasən ağır yüklərin qaldırılması işini asanlaşdırmaq üçün istifadə edir. Lakin bu mexanizm daha geniş tətbiq sahəsinə malikdir. Beləliklə, yükə böyük bir impuls vermək üçün istifadə edilə bilər. Belə bir tətbiqin əsas nümunəsiorta əsr katapultlarıdır.
Rolda hərəkət edən qüvvələr
Qolun qollarına təsir edən qüvvələri nəzərdən keçirməyi asanlaşdırmaq üçün aşağıdakı rəqəmi nəzərdən keçirin:
Bu mexanizmin müxtəlif uzunluqlu qolları olduğunu görürük (dR<dF). Aşağıya doğru yönəldilmiş çiyinlərin kənarlarında iki qüvvə hərəkət edir. Xarici qüvvə F R yükünü qaldırmağa və faydalı iş görməyə meyllidir. R yükü bu qaldırmaya müqavimət göstərir.
Əslində bu sistemdə üçüncü qüvvə fəaliyyət göstərir - dəstək reaksiyası. Bununla belə, o, qolu ox ətrafında fırlanmasının qarşısını almır və ya ona kömək etmir, yalnız bütün sistemin irəli getməməsini təmin edir.
Beləliklə, qolun tarazlığı yalnız iki qüvvənin nisbəti ilə müəyyən edilir: F və R.
Mexanizm tarazlıq vəziyyəti
Rıçaq üçün tarazlıq düsturunu yazmazdan əvvəl fırlanma hərəkətinin vacib bir fiziki xarakteristikasını - güc anını nəzərdən keçirək. Çiyin d və F qüvvəsinin məhsulu kimi başa düşülür:
M=dF.
Bu düstur F qüvvəsi qol qoluna perpendikulyar təsir etdikdə etibarlıdır. d dəyəri dayaq nöqtəsindən (fırlanma oxu) F qüvvəsinin tətbiqi nöqtəsinə qədər olan məsafəni təsvir edir.
Statikanı xatırlayaraq qeyd edirik ki, bütün anlarının cəmi sıfıra bərabər olarsa, sistem öz oxları ətrafında fırlanmayacaq. Bu məbləği taparkən güc anının işarəsi də nəzərə alınmalıdır. Əgər sözügedən qüvvə saat əqrəbinin əksinə dönməyə meyllidirsə, onda onun yaratdığı an müsbət olacaq. Əks halda, güc anını hesablayarkən onu mənfi işarə ilə götürün.
Yuxarıdakı fırlanma tarazlığı şərtini rıçaq üçün tətbiq etməklə aşağıdakı bərabərliyi əldə edirik:
dRR - dFF=0.
Bu bərabərliyi çevirərək bunu belə yaza bilərik:
dR/dF=F/R.
Son ifadə qol balansı düsturudur. Bərabərlik deyir ki: dF rıçaq dR ilə müqayisədə nə qədər böyükdürsə, R yükünü tarazlaşdırmaq üçün bir o qədər az F qüvvəsi tətbiq edilməlidir.
Qüvvət momenti anlayışından istifadə edərək verilən qolun tarazlığı düsturu ilk dəfə eramızdan əvvəl III əsrdə Arximed tərəfindən eksperimental olaraq əldə edilmişdir. e. Lakin o, bunu yalnız təcrübə ilə əldə etdi, çünki o vaxt qüvvənin anı anlayışı fizikaya daxil edilməmişdi.
Rıçağın tarazlığının yazılı vəziyyəti də bu sadə mexanizmin nə üçün ya şəkildə, həm də güc baxımından qələbə qazandığını anlamağa imkan verir. Fakt budur ki, qolun qollarını çevirəndə daha böyük bir məsafə daha uzun məsafəni qət edir. Eyni zamanda, qısa bir qüvvədən daha kiçik bir qüvvə ona təsir göstərir. Bu vəziyyətdə güc qazanırıq. Çiyinlərin parametrləri eyni qalsa və yük və qüvvə tərsinə çevrilərsə, o zaman yolda qazanc əldə edəcəksiniz.
Tarazlıq problemi
Qol şüasının uzunluğu 2 metrdir. Dəstəkşüanın sol ucundan 0,5 metr məsafədə yerləşir. Məlumdur ki, rıçaq tarazlıqdadır və onun sol çiyninə 150 N qüvvə təsir edir. Bu qüvvəni tarazlaşdırmaq üçün sağ çiyinə hansı kütlə qoyulmalıdır.
Bu problemi həll etmək üçün yuxarıda yazılmış balans qaydasını tətbiq edirik, bizdə:
dR/dF=F/R=>
1, 5/0, 5=150/R=>
R=50 N.
Beləliklə, yükün çəkisi 50 N-ə bərabər olmalıdır (kütlə ilə qarışdırılmamalıdır). Bu dəyəri cazibə düsturundan istifadə edərək müvafiq kütləyə çeviririk, bizdə:
m=R/g=50/9, 81=5,1 kq.
Cəmi 5,1 kq çəkisi olan cisim 150 N qüvvəni tarazlayacaq (bu dəyər 15,3 kq ağırlığında olan bədənin çəkisinə uyğundur). Bu, gücün üçqat artdığını göstərir.
