Bizi əhatə edən dünya daim hərəkətdədir. Buna baxmayaraq, nisbi istirahət və tarazlıq vəziyyətində ola bilən sistemlər var. Onlardan biri də qoldur. Bu yazıda biz bunun nə olduğunu fizika nöqteyi-nəzərindən nəzərdən keçirəcəyik, həmçinin qolun balans vəziyyəti ilə bağlı bir neçə problemi həll edəcəyik.
Rıçaq nədir?
Fizikada rıçaq çəkisiz şüa (lövhə) və bir dayaqdan ibarət sadə mexanizmdir. Dəstəyin yeri sabit deyil, ona görə də o, şüanın uclarından birinə yaxın yerləşdirilə bilər.
Sadə mexanizm olmaqla, rıçaq gücü bir yola çevirməyə xidmət edir və əksinə. Güc və yolun tamamilə fərqli fiziki kəmiyyətlər olmasına baxmayaraq, onlar bir-biri ilə iş düsturu ilə bağlıdır. İstənilən yükü qaldırmaq üçün bir az iş görmək lazımdır. Bu, iki fərqli şəkildə edilə bilər: böyük bir güc tətbiq edin və yükü qısa bir məsafəyə köçürün və ya kiçik bir qüvvə ilə hərəkət edin, lakin eyni zamanda hərəkət məsafəsini artırın. Əslində, leverage bunun üçündür. Bir sözlə, bu mexanizm sizə yolda qalib gəlib gücdə uduzmağa və ya əksinə, gücdə qalib gəlməyə, lakin səfərdə uduzmağa imkan verir.
Rolda hərəkət edən qüvvələr
Bu məqalə qolun tarazlıq şərtlərinə həsr olunub. Statikada hər hansı tarazlıq (fizikanın istirahətdə olan cisimləri öyrənən bir sahəsi) qüvvələrin mövcudluğunu və ya olmamasını nəzərdə tutur. Əgər qolu sərbəst formada (çəkisiz şüa və dayaq) nəzərə alsaq, onda heç bir qüvvə ona təsir etmir və o, tarazlıqda olacaq.
İstənilən növ qolu ilə iş görüləndə həmişə ona üç qüvvə təsir edir. Gəlin onları sadalayaq:
- Yük çəkisi. Sözügedən mexanizm yükləri qaldırmaq üçün istifadə edildiyindən, onların çəkisinin öhdəsindən gəlməli olacağı açıq-aydın görünür.
- Xarici reaksiya qüvvəsi. Bu, insanın və ya digər maşının qolun şüasına yükün ağırlığına qarşı tətbiq etdiyi qüvvədir.
- Dəstəyin reaksiyası. Bu qüvvənin istiqaməti həmişə qol şüasının müstəvisinə perpendikulyardır. Dəstəyin reaksiya qüvvəsi yuxarıya doğru yönəldilir.
Rıçağın tarazlıq vəziyyəti qeyd olunan hərəkət edən qüvvələrin deyil, onların yaratdığı qüvvələrin momentlərinin nəzərə alınmasını nəzərdə tutur.
Güc anı nədir
Fizikada qüvvənin momenti və ya fırlanma momenti xarici qüvvənin çiyinlə hasilinə bərabər qiymət adlanır. Gücün çiyni qüvvənin tətbiq olunduğu yerdən fırlanma oxuna qədər olan məsafədir. Sonuncunun mövcudluğu qüvvənin momentinin hesablanmasında vacibdir. Fırlanma oxunun iştirakı olmadan, güc anından danışmağın mənası yoxdur. Yuxarıdakı tərifi nəzərə alaraq, M fırlanma anı üçün aşağıdakı ifadəni yaza bilərik:
M=Fd
Ədalətli olmaq üçün qeyd edirik ki, güc momenti əslində vektor kəmiyyətidir, lakin bu məqalənin mövzusunu başa düşmək üçün güc anının modulunun necə hesablandığını bilmək kifayətdir.
Yuxarıdakı düsturla yanaşı, yadda saxlamaq lazımdır ki, əgər F qüvvəsi sistemi saat əqrəbinin əksinə hərəkət etməyə başlaması üçün fırlamağa meyllidirsə, o zaman yaradılan an müsbət hesab olunur. Əksinə, sistemin saat istiqamətində fırlanma meyli mənfi fırlanma anı göstərir.
Qolun tarazlıq vəziyyəti üçün düstur
Aşağıdakı rəqəm tipik bir qolu göstərir və onun sağ və sol çiyinlərinin dəyərləri də qeyd olunur. Xarici qüvvə F, qaldırılacaq çəki isə R ilə etiketlənir.
Statikada sistemin istirahət etməsi üçün iki şərt yerinə yetirilməlidir:
- Sisteme təsir edən xarici qüvvələrin cəmi sıfıra bərabər olmalıdır.
- Hər hansı bir ox ətrafında qeyd olunan qüvvələrin bütün momentlərinin cəmi sıfır olmalıdır.
Bu şərtlərdən birincisi sistemin tərcümə hərəkətinin olmaması deməkdir. Dəstəyi yerə və ya yerə möhkəm oturduğu üçün qola aydındır. Buna görə də, qolun tarazlıq vəziyyətinin yoxlanılması yalnız aşağıdakı ifadənin etibarlılığının yoxlanılmasını nəzərdə tutur:
∑i=1Mi=0
Çünki bizim vəziyyətimizdəyalnız üç qüvvə hərəkət edir, bu düsturu aşağıdakı kimi yenidən yazın:
RdR- FdF+ N0=0
Ani dəstəyin reaksiya qüvvəsi yaratmır. Son ifadəni aşağıdakı kimi yenidən yazaq:
RdR=FdF
Bu, rıçaqın tarazlıq vəziyyətidir (orta məktəblərin 7-ci sinfində fizika kursunda öyrənilir). Düstur göstərir: F qüvvəsinin dəyəri yükün R ağırlığından böyükdürsə, çiyin dFçiynindən az olmalıdır dR. Sonuncu, qısa məsafədə böyük bir qüvvə tətbiq etməklə, yükü uzun məsafədə hərəkət etdirə biləcəyimizi bildirir. Əks vəziyyət, F<R və müvafiq olaraq dF>dR olduqda da doğrudur. Bu halda, qazanc qüvvədə müşahidə olunur.
Fil və Qarışqa Problemi
Bir çox insan Arximedin bütün yer kürəsini hərəkət etdirmək üçün qolu istifadə etməyin mümkünlüyü haqqında məşhur deyimini bilir. Bu cəsarətli ifadə yuxarıda yazılmış qolu tarazlıq düsturunu nəzərə alaraq fiziki məna kəsb edir. Gəlin Arximedi və Yer kürəsini tək buraxaq və heç də az maraqlı olmayan bir az fərqli problemi həll edək.
Fil və qarışqa qolun müxtəlif qollarına yerləşdirilib. Tutaq ki, filin kütlə mərkəzi dayaqdan bir metr aralıdadır. Fili tarazlaşdırmaq üçün qarışqa dayaqdan nə qədər uzaq olmalıdır?
Problemin sualına cavab vermək üçün nəzərdən keçirilən heyvanların kütlələri haqqında cədvəl məlumatlarına müraciət edək. Qarışqanın kütləsini 5 mq (510-6kq) götürək, filin kütləsi 5000 kq-a bərabər sayılacaq. Qolu balans düsturundan istifadə edərək əldə edirik:
50001=510-6x=>
x=5000/(510-6)=109m.
Qarışqa həqiqətən fili tarazlaşdıra bilər, lakin bunun üçün o, Yerdən Günəşə qədər olan məsafənin 1/150 hissəsinə uyğun gələn rıçaq dayağından 1 milyon kilometr məsafədə yerləşməlidir!
Şüanın sonunda dəstək problemi
Yuxarıda qeyd edildiyi kimi, qolda, şüanın altındakı dayaq istənilən yerdə yerləşdirilə bilər. Tutaq ki, o, şüanın uclarından birinin yaxınlığında yerləşir. Belə qolu aşağıdakı şəkildə göstərilən tək qolu var.
Fərz edək ki, yükün (qırmızı ox) 50 kq kütləsi var və rıçaq qolunun tam ortasında yerləşir. Bu ağırlığı tarazlaşdırmaq üçün qolun ucuna nə qədər xarici qüvvə F (mavi ox) tətbiq edilməlidir?
Qol qolunun uzunluğunu d kimi təyin edək. Sonra tarazlıq şərtini aşağıdakı formada yaza bilərik:
Fd=Rd/2=>
F=mg/2=509, 81/2=245, 25 N
Beləliklə, tətbiq olunan qüvvənin böyüklüyü yükün ağırlığının yarısı olmalıdır.
Bu növ rıçaq əl arabası və ya şelkunçik kimi ixtiralarda istifadə olunur.
