Maneta

Versiunea actuală a paginii nu a fost încă examinată de colaboratori experimentați și poate diferi semnificativ de versiunea revizuită pe 20 aprilie 2022; verificările necesită 7 modificări .

O pârghie este cel mai simplu mecanism , care este un fascicul care se rotește în jurul unui punct de sprijin .

Informații generale

Pârghia este unul dintre cele mai simple mecanisme. Este o grindă rigidă care are capacitatea de a se roti în jurul punctului de sprijin (suspensie). Părțile grinzii de la punctul de sprijin până la punctul de aplicare a forțelor se numesc brațe ale pârghiei. În ceea ce privește punctul de sprijin, locurile de aplicare a forțelor pot fi pe laturi diferite (pârghia de primul fel) sau pe aceeași parte (pârghia de al doilea fel) [1] .

Pârghia este folosită pentru a genera mai multă forță pe brațul scurt cu mai puțină forță pe brațul lung (sau pentru a obține mai multă mișcare pe brațul lung cu mai puțină mișcare pe brațul scurt). Făcând brațul de pârghie suficient de lung, teoretic, se poate dezvolta orice efort.

Alte două mecanisme simple sunt, de asemenea, cazuri speciale ale pârghiei: poarta diferențială și bloc .

Istorie

Omul a început să folosească pârghia în timpurile preistorice , înțelegând intuitiv principiul acesteia. Instrumente precum o sapă sau o paletă au fost folosite pentru a reduce cantitatea de forță pe care o persoană trebuie să o exercite. În mileniul al V-lea î.Hr. în Mesopotamia , s-a folosit cântare , folosind principiul pârghiei pentru a atinge echilibrul. [2] [3] Mai târziu, în Grecia , s- a inventat oțelăria , ceea ce a făcut posibilă schimbarea brațului aplicării forței, ceea ce a făcut ca utilizarea cântarilor să fie mai convenabilă. În jurul anului 1500 î.Hr. e. în Egipt și India apare un shaduf (o fântână cu „macara”), precursorul macaralelor moderne, un dispozitiv pentru ridicarea vaselor cu apă. [patru]

Nu se știe dacă gânditorii acelor vremuri au încercat să explice principiul pârghiei. Prima explicație scrisă a fost dată în secolul III î.Hr. e. Arhimede , care leagă conceptele de forță , sarcină și umăr. Legea echilibrului formulată de el este încă folosită și sună astfel: „Forța înmulțită cu brațul de aplicare a forței este egală cu sarcina înmulțită cu brațul de aplicare a sarcinii, unde brațul de aplicare a forței este distanța de la punctul de aplicare a forței. la suport, iar brațul de aplicare a sarcinii este distanța de la punctul de aplicare a sarcinii la suport. Potrivit legendei, realizând semnificația descoperirii sale, Arhimede a exclamat: „Dă-mi un punct de sprijin și voi întoarce Pământul!” [4] .

În lumea modernă, principiul pârghiei este folosit peste tot. Aproape orice mecanism care transformă mișcarea mecanică folosește pârghii într-o formă sau alta. Macaralele , motoarele , cleștii , foarfecele și mii de alte mașini și unelte folosesc pârghii în construcția lor.

Cum funcționează

Principiul de funcționare al pârghiei este o consecință directă a legii conservării energiei . Pentru a deplasa pârghia la o distanță , forța care acționează pe partea laterală a sarcinii trebuie să facă un lucru egal cu: $\Delta h_{1}$

\A_{1}=F_{1}\Delta h_{1}

Văzută din cealaltă parte, forța aplicată din cealaltă parte trebuie să lucreze

\A_{2}=F_{2}\Delta h_{2}

unde este deplasarea capătului pârghiei la care se aplică forța . Pentru ca legea conservării energiei să fie îndeplinită pentru un sistem închis, munca forțelor care acționează și opusă trebuie să fie egală, adică: $\Delta h_{2}$ $F_{2}$

\A_{1}=A_{2}

\ F_{1}\Delta h_{1}=F_{2}\Delta h_{2}

Prin definiția similarității triunghiului , raportul deplasărilor celor două capete ale pârghiei va fi egal cu raportul brațelor sale:

{\frac {\Delta h_{1}}{\Delta h_{2}}}={\frac {D_{1}}{D_{2}}}

, Prin urmare

\ F_{1}D_{1}=F_{2}D_{2}

Având în vedere că produsul forței și distanța de la punctul de sprijin la linia de acțiune a forței este modulul momentului de forță , putem formula principiul echilibrului pentru pârghie. Pârghia este în echilibru dacă suma momentelor forțelor (ținând cont de semn) aplicate acesteia este egală cu zero. (Mai precis, dacă suma vectorială a momentelor forțelor aplicate acestuia este zero.)

Pentru pârghii, ca și pentru alte mecanisme, se introduce o caracteristică care arată efectul mecanic care se poate obține datorită manetei. O astfel de caracteristică este raportul de transmisie , arată cum sunt legate sarcina și forța aplicată:

i={\frac {F_{1}}{F_{2}}}={\frac {D_{2}}{D_{1}}}

Trebuie remarcat faptul că, ca orice mecanism, munca utilă a pârghiei este mai mică decât totalul. De exemplu, majoritatea manetelor au un coeficient de performanță ( COP ) de ~ 80%. Restul de 20 la sută din muncă este cheltuit pentru depășirea forței de frecare a balamalei (lagărului), a aerului etc.

Pârghie compozită

O pârghie compusă este un sistem de două sau mai multe pârghii simple conectate în așa fel încât forța de ieșire a unei pârghii să fie forța de intrare pentru următoarea. De exemplu, pentru un sistem de două pârghii conectate în serie, dacă se aplică o forță brațului de intrare al primei pârghii , forța de ieșire va fi la celălalt capăt al acestei pârghii și vor fi conectate folosind un raport de transmisie: $F_{1}$ $F_{2}$

i_{1}={\frac {F_{1}}{F_{2}}}

În acest caz, aceeași forță va acționa asupra brațului de intrare al celei de-a doua pârghii , iar forța de ieșire a celei de-a doua pârghii și a întregului sistem va fi , raportul de transmisie al celei de-a doua trepte va fi egal cu: $F_{2}$ $F_{3}$

i_{2}={\frac {F_{2}}{F_{3}}}

În acest caz, efectul mecanic al întregului sistem, adică întregul pârghie compozită, va fi calculat ca raport dintre forțele de intrare și de ieșire pentru întregul sistem, adică:

i={\frac {F_{1}}{F_{3}}}={\frac {F_{1}}{F_{3}}}{\frac {F_{2}}{F_{2}} }={\frac {F_{1}}{F_{2}}}{\frac {F_{2}}{F_{3}}}=i_{1}i_{2}

Astfel, raportul de transmisie al unei pârghii compozite formată din două simple va fi egal cu produsul raporturilor de transmisie ale pârghiilor simple incluse în acesta.

Aceeași abordare a soluției poate fi aplicată unui sistem mai complex, constând, în cazul general, din n pârghii. În acest caz, vor exista 2n brațe în sistem. Raportul de transmisie pentru un astfel de sistem va fi calculat prin formula:

i_{C}={\frac {F_{{R1}}}{F_{{(2n-1)-P}}}}={\frac {F_{{R1}}}{F_{{23}} }}\cdot {\frac {F_{{23}}}{F_{{45}}}}\cdot ...\cdot {\frac {F_{{(2n-2)-(2n-1)} }}{F_{{(2n-1)-P}}}}={\frac {B_{{{2}}}{B_{{1}}}}\cdot {\frac {B_{{4}} }{B_{{3}}}}\cdot ...\cdot {\frac {B_{{(2n)}}}{B_{{(2n-1)))}}

Unde:

$\B_{i}$ este brațul i al sistemului;
$\F_{{(i-1)i}}$ - forta transmisa de la umar (i-1) catre umar i;
$\ IC}$ este raportul de transmisie al întregului sistem.

După cum se poate vedea din formula pentru acest caz, este, de asemenea, adevărat că raportul de viteză al pârghiei compuse este egal cu produsul raporturilor de transmisie ale elementelor sale constitutive.

Tipuri de pârghii

Există pârghii de tipul I , în care punctul de sprijin este situat între punctele de aplicare a forțelor, și pârghii de tipul II , în care punctele de aplicare a forțelor sunt situate pe o parte a suportului. Printre pârghiile de al 2-lea fel , se numără pârghiile de al 3-lea fel [5] , cu punctul de aplicare al forței „de intrare” mai aproape de punct de sprijin decât sarcina, ceea ce dă un câștig în viteză și distanță.

Exemple: pârghii de primul fel - leagăn pentru copii (bară transversală), foarfece; pârghii de al doilea fel - o roabă (un punct de sprijin - o roată), ridicând un obiect cu o rangă într-o mișcare în sus; pârghii de al treilea fel - ușa din spate a portbagajului sau capota mașinilor pe opritoare telescopice hidraulice, ridicarea corpului unui autobasculant (cu un cilindru hidraulic în centru), mișcarea mușchilor brațelor și picioarelor unei persoane și animale, o mătură.

Vezi și

levier financiar

Note

↑ Peryshkin A.V. Fizica. clasa a 7-a. Manual. - M .: Editura Drofa, 2015. - 224 p. - 50000 de exemplare. — ISBN 978-5-358-15852-8.
↑ V. N. Pipunyrov. Istoria cântarelor și industria greutății în acoperire istorică comparativă. M, 1955
↑ Istoria scalelor . Consultat la 6 aprilie 2010. Arhivat din original pe 23 august 2011. (nedefinit)
↑ 1 2 Lever: World Invention Summary . Preluat la 6 mai 2010. Arhivat din original la 23 august 2011.
↑ dic.academic.ru/dic.nsf/enc_colier/6606/%D0%9C%D0%90%D0%A8%D0%98%D0%9D%D0%AB Tipuri de pârghii în Collier's Encyclopedia

Literatură

Despre pârghie // Fizică . Sankt Petersburg, 1831

Dicționare și enciclopedii	mare danez Mare norvegian Marele Soviet (1 ed.) Brockhaus și Efron Britannica (online) Universalis Rodie
În cataloagele bibliografice	BNF : 11980847c J9U : 987007562921805171 LCCN : sh85076325