Читать «Юный техник, 2012 № 09» онлайн - страница 31

НАУЧНЫЕ ЗАБАВЫ

Законы рычага

«Дайте мне точку опоры, и я переверну земной шар», — сказал однажды древнегреческий мудрец Архимед. И он, похоже, верил в то, что говорил. Ведь это ему принадлежит первое научное исследование рычагов — простейших, но очень эффективных механизмов.

Рычаг — это не только та ручка с круглым набалдашником, которым переключаются скорости в автомобиле. Открыть дверцу машины тоже помогает рычаг. Он же позволяет и притормозить. И когда меняют колесо при помощи механического домкрата, тоже используют рычаг.

Еще один рычаг можно увидеть на детской площадке — это качели-доска. Акробаты в цирке пользуются подкидной доской — она тоже работает по закону рычага, подбрасывая смельчака под купол цирка.

В давние времена при осаде крепостей пользовались катапультами, в основе которых лежит тот же рычаг, помогающий далеко бросить здоровенный камень. А хитроумный Архимед, говорят, на основе того же рычага придумал машину, которая могла даже опрокидывать корабли римлян.

На основе рычага работают и ножницы, в том числе и те, которыми можно резать железо, и консервный нож, и открывалка для бутылки…

В общем, рычаг, выражаясь научным языком, — тело, которое имеет точку опоры (ось вращения) и точки приложения сил. В зависимости от того, как расположены эти три точки, рычаги делятся на два вида или рода.

Рычаг первого рода — те самые доска-качели или катапульта, у которой точки приложения сил расположены по разным сторонам опоры. В середине — точка опоры, но краям — плечи рычага. В равновесии или равномерном движении эта конструкция может находиться только тогда, когда произведение силы на плечо (перпендикуляр на линию действия силы, опущенный из точки опоры О) правой части FB₁О равно произведению силы на плечо левой части рычага QA₁O. То есть FB₁О = QA₁О.

Отсюда вытекает золотое правило механики: приложенная сила F (например, усилие человека) во столько раз меньше веса поднимаемого тела Q, во сколько раз плечо А₁О меньше плеча В₁О.

То есть, говоря иначе, выигрывая в силе, мы проигрываем в расстоянии: груз будет двигать легче, но дальше. Иногда это целесообразно — если, например, надо выворотить валун из земли или приподнять один конец лежащего на земле бревна.

Рычаг второго рода — это, например, простенькая тачка. У нее точки приложения сил (А и В) находятся по одну сторону точки опоры О: колесо — точка опоры, груз давит вниз, прилагая силу Q в точке А, человек прилагает к рукояткам тачки силу F в точке В. Такой рычаг находится в равновесии или равномерном движении в том случае, если FB₁О = QA₁О.

То есть для подъема груза в Q килограммов надо приложить силу F, которая во столько раз меньше Q, во сколько раз А₁О меньше В₁О. То есть чем тяжелее груз, тем меньше должно быть расстояние между ним и колесом и тем длиннее рукоятки тачки.