Рычаг | это… Что такое Рычаг?

Рычаги используются, чтобы получить большое усилие на коротком конце, прикладывая маленькое на длинном

Рыча́г — простейшее механическое устройство, представляющее собой твёрдое тело (перекладину), вращающееся вокруг точки опоры. Стороны перекладины по бокам от точки опоры называются плечами рычага.

Рычаг используется для получения большего усилия на коротком плече с помощью меньшего усилия на длинном плече (или для получения большего перемещения на длинном плече с помощью меньшего перемещения на коротком плече). Сделав плечо рычага достаточно длинным, теоретически, можно развить любое усилие.

Частными случаями рычага являются также два других простейших механизма: ворот и блок.

Содержание 1 История 2 Принцип действия 3 Составной рычаг 4 Типы рычагов [4] 5 См. также 6 Примечания 7 Литература

История

Человек стал использовать рычаг ещё в доисторические времена, интуитивно понимая его принцип. Такие инструменты, как мотыга или весло, применялись, чтобы уменьшить силу, которую необходимо было прикладывать человеку. В пятом тысячелетии до нашей эры в Месопотамии применялись весы, использовавшие принцип рычага для достижения равновесия.^[1][2] Позже, в Греции, был изобретён безмен, позволивший изменять плечо приложения силы, что сделало использование весов более удобным. Около 1500 года до н. э. в Египте и Индии появляется шадуф, прародитель современных кранов, устройство для поднимания сосудов с водой.^[3]

Гравюра из «Журнала механики», изданного в Лондоне в 1842 году, изображающая Архимеда, переворачивающего Землю с помощью рычага.

Неизвестно, пытались ли мыслители тех времён объяснить принцип работы рычага. Первое письменное объяснение дал в III веке до н. э. Архимед, связав понятия силы, груза и плеча. Закон равновесия, сформулированный им, используется до сих пор и звучит как: «Усилие, умноженное на плечо приложения силы, равно нагрузке, умноженной на плечо приложения нагрузки, где плечо приложения силы — это расстояние от точки приложения силы до опоры, а плечо приложения нагрузки — это расстояние от точки приложения нагрузки до опоры».

По легенде, осознав значение своего открытия, Архимед воскликнул: «Дайте мне точку опоры, и я переверну Землю!».^[3]

В 1773 году Джеймс Уатт предложил идею составного рычага, состоящего из двух или нескольких связанных друг с другом рычагов, который можно было использовать для ещё большего увеличения усилия. Пример составного рычага, используемого в повседневной жизни, можно найти в щипчиках для ногтей.^[3]

В современном мире принцип действия рычага используется повсеместно. Практически любой механизм, преобразующий механическое движение, в том или ином виде использует рычаги. Подъёмные краны, двигатели, плоскогубцы, ножницы, а также тысячи других механизмов и инструментов используют рычаги в своей конструкции.

Принцип действия

Схема рычага. В равновесии

Принцип работы рычага является прямым следствием закона сохранения энергии. Чтобы переместить рычаг на расстояние сила, действующая со стороны груза, должна совершить работу равную:

.

Если посмотреть с другой стороны, сила, приложенная с другой стороны, должна совершать работу

,

где  — это перемещение конца рычага, к которому приложена сила . Чтобы выполнялся закон сохранения энергии для замкнутой системы, работа действующей и противодействующей сил должны быть равны, то есть:

,

.

По определению подобия треугольников, отношение перемещений двух концов рычага будет равно отношению его плеч:

, следовательно

.

Учитывая, что произведение силы и расстояния является моментом силы, можно сформулировать принцип равновесия для рычага. Рычаг находится в равновесии, если сумма моментов сил (с учётом знака), приложенных к нему, равна нулю.

Для рычагов, как и для других механизмов, вводят характеристику, показывающую механический эффект, который можно получить за счёт рычага. Такой характеристикой является передаточное отношение, оно показывает, как соотносятся нагрузка и приложенная сила:

.

Составной рычаг

Составной рычаг представляет собой систему из двух и более простых рычагов, соединённых таким образом, что выходное усилие одного рычага является входным для следующего. Например, для системы из двух последовательно связанных рычагов, если на входное плечо первого рычага приложена сила , на другом конце этого рычага выходное усилие окажется , и связаны они будут с помощью передаточного отношения:

.

При этом на входное плечо второго рычага будет воздействовать такое же усилие , а выходным усилием второго рычага и всей системы будет , передаточное отношение второй ступени будет равно:

.

При этом механический эффект всей системы, то есть всего составного рычага, будет вычисляться как отношение входного и выходного усилия для всей системы, то есть:

.

Таким образом, передаточное отношение составного рычага, состоящего из двух простых будет равно произведению передаточных отношений входящих в него простых рычагов.

Составной рычаг в общем случае, состоящий из n простых рычагов

Такой же подход решения можно применять и для более сложной системы, состоящей, в общем случае из n рычагов. В этом случае в системе будет присутствовать 2n плеч. Передаточное отношение для такой системы будет вычисляться по формуле:

,

где:

•  — это i-ое плечо системы;
•  — сила, передаваемая с плеча (i-1) на плечо i;
•  — передаточное отношение всей системы.

Как видно из формулы для этого случая также верно, что передаточное отношение составного рычага равно произведению передаточных отношений входящих в него элементов.

Типы рычагов

^[4]

Различают рычаги 1 рода, в которых точка опоры располагается между точками приложения сил, и рычаги 2 рода, в которых точки приложения сил располагаются по одну сторону от опоры. Среди рычагов 2 рода выделяют рычаги 3 рода ^[5], с точкой приложения «входящей» силы ближе к точке опоры, чем нагрузки, что даёт выигрыш в скорости и пути.

Примеры: рычаги первого рода — детские качели (перекладина), ножницы; рычаги второго рода — тачка (точка опоры — колесо), приподнимание предмета ломом движением вверх; рычаги третьего рода — задняя дверь или капот легковых автомобилей на газовых пружинах, подъём кузова самосвала (с гидроцилиндром в центре), движение мышцами рук и ног человека и животных.

См. также

• Финансовый рычаг
• Рычаг (техника)

Примечания

1. ↑ В. Н. Пипуныров. История весов и весовой промышленности в сравнительно-историческом освещении. М, 1955 г.
2. ↑ История весов. Архивировано из первоисточника 23 августа 2011.
3. ↑ ^{1 2 3} Lever: World Invention Summary  (англ.).
   Архивировано из первоисточника 23 августа 2011. Проверено 6 мая 2010.
4. ↑ Типы рычагов в словаре Брокгауза и Эфрона
5. ↑ http://dic. academic.ru/dic.nsf/enc_colier/6606/%D0%9C%D0%90%D0%A8%D0%98%D0%9D%D0%AB Типы рычагов в Энциклопедии Кольера

Литература

• О Рычагѣ// Физика. С-Пб, 1831 г.

Рычаг | это… Что такое Рычаг?

Рычаги используются, чтобы получить большое усилие на коротком конце, прикладывая маленькое на длинном

Рыча́г — простейшее механическое устройство, представляющее собой твёрдое тело (перекладину), вращающееся вокруг точки опоры. Стороны перекладины по бокам от точки опоры называются плечами рычага.

Рычаг используется для получения большего усилия на коротком плече с помощью меньшего усилия на длинном плече (или для получения большего перемещения на длинном плече с помощью меньшего перемещения на коротком плече). Сделав плечо рычага достаточно длинным, теоретически, можно развить любое усилие.

Частными случаями рычага являются также два других простейших механизма: ворот и блок.

Содержание 1 История 2 Принцип действия 3 Составной рычаг 4 Типы рычагов [4] 5 См. также 6 Примечания 7 Литература

История

Человек стал использовать рычаг ещё в доисторические времена, интуитивно понимая его принцип. Такие инструменты, как мотыга или весло, применялись, чтобы уменьшить силу, которую необходимо было прикладывать человеку. В пятом тысячелетии до нашей эры в Месопотамии применялись весы, использовавшие принцип рычага для достижения равновесия.^[1][2] Позже, в Греции, был изобретён безмен, позволивший изменять плечо приложения силы, что сделало использование весов более удобным. Около 1500 года до н. э. в Египте и Индии появляется шадуф, прародитель современных кранов, устройство для поднимания сосудов с водой.

[3]

Гравюра из «Журнала механики», изданного в Лондоне в 1842 году, изображающая Архимеда, переворачивающего Землю с помощью рычага.

Неизвестно, пытались ли мыслители тех времён объяснить принцип работы рычага. Первое письменное объяснение дал в III веке до н.  э. Архимед, связав понятия силы, груза и плеча. Закон равновесия, сформулированный им, используется до сих пор и звучит как: «Усилие, умноженное на плечо приложения силы, равно нагрузке, умноженной на плечо приложения нагрузки, где плечо приложения силы — это расстояние от точки приложения силы до опоры, а плечо приложения нагрузки — это расстояние от точки приложения нагрузки до опоры». По легенде, осознав значение своего открытия, Архимед воскликнул: «Дайте мне точку опоры, и я переверну Землю!».

[3]

В 1773 году Джеймс Уатт предложил идею составного рычага, состоящего из двух или нескольких связанных друг с другом рычагов, который можно было использовать для ещё большего увеличения усилия. Пример составного рычага, используемого в повседневной жизни, можно найти в щипчиках для ногтей.^[3]

В современном мире принцип действия рычага используется повсеместно. Практически любой механизм, преобразующий механическое движение, в том или ином виде использует рычаги. Подъёмные краны, двигатели, плоскогубцы, ножницы, а также тысячи других механизмов и инструментов используют рычаги в своей конструкции.

Принцип действия

Схема рычага. В равновесии

Принцип работы рычага является прямым следствием закона сохранения энергии. Чтобы переместить рычаг на расстояние сила, действующая со стороны груза, должна совершить работу равную:

.

Если посмотреть с другой стороны, сила, приложенная с другой стороны, должна совершать работу

,

где  — это перемещение конца рычага, к которому приложена сила . Чтобы выполнялся закон сохранения энергии для замкнутой системы, работа действующей и противодействующей сил должны быть равны, то есть:

,

.

По определению подобия треугольников, отношение перемещений двух концов рычага будет равно отношению его плеч:

, следовательно

.

Учитывая, что произведение силы и расстояния является моментом силы, можно сформулировать принцип равновесия для рычага. Рычаг находится в равновесии, если сумма моментов сил (с учётом знака), приложенных к нему, равна нулю.

Для рычагов, как и для других механизмов, вводят характеристику, показывающую механический эффект, который можно получить за счёт рычага. Такой характеристикой является передаточное отношение, оно показывает, как соотносятся нагрузка и приложенная сила:

.

Составной рычаг

Составной рычаг представляет собой систему из двух и более простых рычагов, соединённых таким образом, что выходное усилие одного рычага является входным для следующего. Например, для системы из двух последовательно связанных рычагов, если на входное плечо первого рычага приложена сила , на другом конце этого рычага выходное усилие окажется , и связаны они будут с помощью передаточного отношения:

.

При этом на входное плечо второго рычага будет воздействовать такое же усилие , а выходным усилием второго рычага и всей системы будет , передаточное отношение второй ступени будет равно:

.

При этом механический эффект всей системы, то есть всего составного рычага, будет вычисляться как отношение входного и выходного усилия для всей системы, то есть:

.

Таким образом, передаточное отношение составного рычага, состоящего из двух простых будет равно произведению передаточных отношений входящих в него простых рычагов.

Составной рычаг в общем случае, состоящий из n простых рычагов

Такой же подход решения можно применять и для более сложной системы, состоящей, в общем случае из n рычагов. В этом случае в системе будет присутствовать 2n плеч. Передаточное отношение для такой системы будет вычисляться по формуле:

,

где:

•  — это i-ое плечо системы;
•  — сила, передаваемая с плеча (i-1) на плечо i;
•  — передаточное отношение всей системы.

Как видно из формулы для этого случая также верно, что передаточное отношение составного рычага равно произведению передаточных отношений входящих в него элементов.

Типы рычагов

^[4]

Различают рычаги 1 рода, в которых точка опоры располагается между точками приложения сил, и рычаги 2 рода, в которых точки приложения сил располагаются по одну сторону от опоры. Среди рычагов 2 рода выделяют рычаги 3 рода ^[5], с точкой приложения «входящей» силы ближе к точке опоры, чем нагрузки, что даёт выигрыш в скорости и пути.

Примеры: рычаги первого рода — детские качели (перекладина), ножницы; рычаги второго рода — тачка (точка опоры — колесо), приподнимание предмета ломом движением вверх; рычаги третьего рода — задняя дверь или капот легковых автомобилей на газовых пружинах, подъём кузова самосвала (с гидроцилиндром в центре), движение мышцами рук и ног человека и животных.

См. также

• Финансовый рычаг
• Рычаг (техника)

Примечания

1. ↑ В. Н. Пипуныров. История весов и весовой промышленности в сравнительно-историческом освещении. М, 1955 г.
2. ↑ История весов. Архивировано из первоисточника 23 августа 2011.
3. ↑ ^{1 2 3} Lever: World Invention Summary  (англ.). Архивировано из первоисточника 23 августа 2011. Проверено 6 мая 2010.
4. ↑ Типы рычагов в словаре Брокгауза и Эфрона
5. ↑ http://dic.academic.ru/dic.nsf/enc_colier/6606/%D0%9C%D0%90%D0%A8%D0%98%D0%9D%D0%AB Типы рычагов в Энциклопедии Кольера

Литература

• О Рычагѣ// Физика. С-Пб, 1831 г.

Рычаг Определение и значение | Dictionary.com

• Основные определения
• Викторина
• Связанный контент
• Примеры
• Британский
• Научный

Показывает уровень сложности слова.

[ lev-er, lee-ver ]

/ ˈlɛv ər, ˈli vər /

Сохранить это слово!

См. синонимы слова «рычаг» на сайте Thesaurus.com

Показывает уровень обучения в зависимости от сложности слова.

---

сущ.

Механика. твердый стержень, который поворачивается вокруг одной точки и используется для перемещения объекта во второй точке под действием силы, приложенной к третьей. Сравните машину (по определению 4b).

инструмент, такой как монтировка или лом, для поднятия, перемещения или открывания чего-либо с помощью рычага: в моем ящике с инструментами есть небольшой рычаг, который идеально подходит для поддевания этих узких молдингов.

Ручка или стержень, которым манипулируют для работы, управления или регулировки машины, механизма и т. д.: Нажатие рычага слева автоматически откроет дверь.

средство или средство убеждения или достижения цели: Заявление о том, что план нравится председателю правления, — это просто рычаг, чтобы заставить нас поддержать его.

Часовое искусство. поддон спуска.

глагол (используется с дополнением или без него)

двигать с помощью рычага или применять рычаг: подпирать камень; нажимать сильно и безрезультатно.

ТЕСТ

МОЖЕТЕ ЛИ ВЫ ОТВЕЧАТЬ НА ЭТИ ОБЫЧНЫЕ ГРАММАТИЧЕСКИЕ СПОРЫ?

Есть грамматические дебаты, которые никогда не умирают; и те, которые выделены в вопросах этой викторины, наверняка снова всех разозлят. Знаете ли вы, как отвечать на вопросы, которые вызывают самые ожесточенные споры по грамматике?

Вопрос 1 из 7

Какое предложение правильное?

Происхождение рычага

1250–1300; Среднеанглийский рычаг, levour для * рычага <англо-французский; Старофранцузское levier, эквивалентное lev(er) to lift (<латинское levāre — облегчать, поднимать, словесное производное от levis light) + -ier-ier ²

ДРУГИЕ СЛОВА ОТ рычага

re·lev·er, глагол (используется с объектом)

Слова рядом с рычагом

уровень значимости, привязка уровня, ровное игровое поле, уровень с кем-то, Левен, рычаг, действие рычага, рычаг, выкуп с использованием кредита, спусковой механизм рычага, зайчонок

Другие определения слова «рычаг» (2 из 2) .

Dictionary.com Полный текст На основе Random House Unabridged Dictionary, © Random House, Inc. 2023

Слова, относящиеся к рычагу

лом, рычаг, педаль, инструмент, преимущество, бар, ворона, приз, подглядывание, связующее, домкрат, джимми, лам, пиви , пилви, педаль, прижимная планка

Как использовать рычаг в предложении

• В мотоциклах с объемом двигателя 65 куб. см и выше начинают использоваться ручные сцепления, и требуется больше навыков водителя, чтобы модулировать рычаг сцепления и переключать передачи с помощью переключателя.

  Ваш ребенок хочет велосипед для бездорожья. Вот что их купить. Серена Бликер/Dirt Rider|4 сентября 2020 г.|Popular-Science

• «Стратегический рычаг на будущее превратился в стратегический рычаг прямо сейчас», — говорит он.

  Насколько страшным будет COVID-19Хэллоуин для кондитерских компаний?|Бет Ковитт|29 августа 2020 г.|Fortune

• Для Мид и Бенедикт социальная теория была инструментом для осмысления мира, но она также могла быть рычагом против ваших собственных затруднений.

  Гендер — это то, что вы делаете из этого — Выпуск 88: Любовь и секс|Чарльз Кинг|5 августа 2020|Наутилус

• В этом случае, даже если мы можем напрямую манипулировать некоторыми из них так же, как мы можем напрямую манипулировать ссылками , гораздо сложнее понять, за какие рычаги тянуть, и самым прямым способом попытаться повлиять на цифры, по которым нас оценивают, снова становится бренд.

  Почему SEO-специалисты должны заботиться о бренде|Робин Лорд|31 июля 2020 г.|Search Engine Land

• Это не обойдется без проблем, но это политический рычаг, который мы можем использовать.

  Как предотвратить новую Великую депрессию (эпизод 421)|Стивен Дж. Дубнер|11 июня 2020 г.|Фрикономика

• То есть TFA не является ни рычагом для резкого улучшения, ни разрушения государственного образования в США.

  Хватит делать козла отпущения Учи для Америки|Конор П. Уильямс|24 сентября 2014 г.|DAILY BEAST

• Вместо того, чтобы прижимать чашку к механическому рычагу, пользователи нажимают «кнопку» на сенсорном экране.

  Font of Invention||18 сентября 2014|DAILY BEAST

• Кнопка кампании на лацкане изображала его в улыбке и костюме и рекламировала его имя и рычаг.

  Странная и загадочная смерть миссис Джерри Ли Льюис|Ричард Бен Крамер|11 января 2014 г.|DAILY BEAST

• доводит дело до конца.

  Скотт Уокер — идеальный кандидат от Республиканской партии на 2016 год (на бумаге)|Дэвид Фридлендер|20 ноября 2013|DAILY BEAST

• Мэвис Лилиан Левер родилась в Далвиче, южный Лондон, почтальон и швея.

  Неделя смерти: женщина, взломавшая коды Гитлера|The Telegraph|17 ноября 2013|DAILY BEAST

• Подающий насос нагнетал воду в котлы; у каждого был предохранительный клапан с рычагом и грузом.

  Жизнь Ричарда Тревитика, Том II (из 2)|Фрэнсис Тревитик

• Сиденье наводчика перемещалось вместе с лафетом, из которого он мог поднимать или нажимать дуло с помощью рычага.

  Жизнь Ричарда Тревитика, Том II (из 2)|Фрэнсис Тревитик

• Затвор — последнее усовершенствование пневматического рычага Баркера, разработанное Cavaill-Coll.

  Недавняя революция в органостроении|Джордж Лэйнг Миллер

• Его пальцы опустились на рычаг переключения передач, а ступня уперлась в педаль сцепления.

  Салонная лихорадка|B. М. Бауэр

• В одной руке он держал пиви, большой деревянный рычаг с железным крюком на нем, вроде тех, которыми мужчины катают еловые бревна.

  Gold Trail | Гарольд Биндлосс

Британские определения словаря для рычага

LEVER

/ (ˈLIːVə) /

---

ПИНГ

Обобная бара обычно для обеспечения механического преимущества

любое из ряда механических устройств, использующих этот принцип

средство оказания давления с целью достижения чего-либо; стратегическая помощь

глагол

присваивать или перемещать (предмет) с помощью рычага

Производные формы слова рычаг

похожий на рычаг, прилагательное

Происхождение слова рычаг

C13: от старофранцузского leveour, от рычага поднимать , от латинского levāre, от levis light

Английский словарь Коллинза — полное и полное цифровое издание 2012 г. © William Collins Sons & Co. Ltd. 1979, 1986 © ХарперКоллинз Publishers 1998, 2000, 2003, 2005, 2006, 2007, 2009, 2012

Научные определения рычага

рычаг

[ lĕv′ər ]

---

Простая машина, состоящая из неподвижного стержня или опоры. точка опоры и используется для передачи крутящего момента. Сила, приложенная путем нажатия вниз на один конец рычага, приводит к силе, толкающей вверх другой конец. Если точка опоры расположена не посередине рычага, то сила, приложенная к одному концу, не даст такой же силы на другом, поскольку крутящий момент должен быть одинаковым по обе стороны от точки опоры. Таким образом, рычаги, как и шестерни, можно использовать для увеличения силы, доступной от механического источника энергии. Смотрите больше в точке опоры. См. также механическое преимущество.

Научный словарь American Heritage® Авторские права © 2011. Опубликовано издательством Houghton Mifflin Harcourt Publishing Company. Все права защищены.

Простые машины

Простые машины

Основные термины

эксцентриковый шкив
механическое преимущество
рычаг
рычаг
мощность
крутящий момент
колесо и ось

«Дайте мне точку опоры, и я переверну землю». .. Архимед

Поскольку сила человека ограничена, умные люди построили машины, которые позволить подвиги, ранее невозможные. Один из самых простых (и, скорее всего, первый) автомат рычаг . Я уверен, что вы обнаружили магия рычага в детстве, когда вы играли на качелях. Каким-то образом младшая сестра может противостоять весу старшего брата, осторожно позиционирование на аппарате. Это может показаться очень интуитивным, но тем не менее это устройство, которое нужно было изобрести. Применение рычага может быть можно найти повсюду в вашем доме.

Рычаг состоит из жесткого стержня, который может поворачиваться в одной точке. Эта точка вращения известна как точка опоры. Сила приложена в какой-то точка от точки опоры (обычно называется усилием ). Этот сила инициирует тенденцию вращать стержень вокруг точки опоры. Идея заключается в предоставлении другой силы для подъема или перемещения какого-либо объекта (обычно называемого загрузить ). Рассмотрим анимацию ниже. Для того, чтобы поднять вес слева (нагрузка) требуется направленное вниз усилие с правой стороны рычаг. Здравый смысл подсказывает вам, что количество требуемой силы усилия поднять груз зависит от где применяется сила. Я уверен, что вы знаете, что задача будет проще всего, если приложить силу усилия как можно дальше от точки опоры.

The Simple (1 ^ст класс) Рычаг (анимация)

Допустим, груз (выше) составляет 200 фунтов, и вам нужно поднять его на 1 фут. земля. Это потребовало бы 200 * 1 = 200 футо-фунтов работы (в отсутствие трения). Используя рычаг, вы можете поднять его с большим меньшая сила… в зависимости от того, где приложена сила усилия. Факт что вы можете поднять что-то тяжелое с небольшим усилием, является ключом к любому простому машина. Большинство простых механизмов (таких как рычаг) дают вам механическое преимущество (множитель силы = сила нагрузки/сила усилия). Однако ни на секунду не думайте, что простая машина как-то нарушает законы сохранения энергии. Количество энергии, которое вы получаете, равно точно равно энергии, которую вы вкладываете. То есть, поскольку энергия не может быть создан или уничтожен, вы всегда найдете:   

Энергия (выход) = Энергия (вход)

Для упрощения мы не будем учитывать вес стержня. себя и рассматривать только ситуации без трения (без потерь, которые приводят к нагревать). Таким образом

Работа (из) = Работа (в)

СИЛА НАГРУЗКИ * расстояние (вверху)  = сила усилия * РАССТОЯНИЕ (вниз)

200 фунтов * 1 фут = 25 фунтов * 8 футов

или

200 фунтов * 1 фут = 100 фунтов * 2 фута

Таким образом, ключевым моментом является обмен силой на расстояние. Вы можете поднять короткое расстояние (1 фут вверх) с нагрузкой 200 фунтов за счет приложения меньшего сила над большее расстояние. Однако, куда бы вы ни обратились сила усилия потребует 200 футо-фунтов работы.

Рассмотрим пример, когда вы поднимаете груз весом 200 фунтов вверх на 1 фут (в пример выше). Попробуйте ответить на следующие вопросы. Нажмите здесь, чтобы увидеть ответы.

Вопрос №1 – Используя свои слова; объясните где усилие необходимо приложить, чтобы убедиться, что усилие равно 200 фунтам.

Вопрос №2. В чем заключается механическое преимущество в данном случае?

Вопрос №3 — Своими словами; объясните где усилие должны быть приложены, чтобы гарантировать, что сила усилия составляет менее 200 фунтов.

Вопрос № 4. Если вы приложите усилие в 50 фунтов, через что (вертикальное) расстояние применяется?

Классы рычагов

Рычаги относятся к 1-му, 2-му и 3-му классу. изображения ниже демонстрируют каждый тип с силой усилия, показанной стрелкой и нагрузка представлена ​​черной сферой.

Старинный открывалка для бутылок и традиционный щелкунчик (анимация)

• Рычаг 3-го класса дает механический недостаток , но допускает широкий Диапазон движения груза. Многие гидравлические системы используют 3-й класс рычаг, потому что выходной поршень (куда действует приложенная сила) может двигаться только (физически) на короткое расстояние. Другим примером может быть ваша собственная челюсть, где мышцы челюсти обеспечивают силу усилия и «нагрузку» приложил к зубам… пережевывая пищу.
  

Адаптировано из Викисклад

Можете ли вы назвать несколько примеров рычагов каждого класса?

Вопрос № 6. К какому классу рычагов вы бы отнесли (а) плоскогубцы (б) ручные тормоза на велосипеде (c) пинцет (d) хоккейная клюшка (e) дверь автомобиля .. . груз масса дверцы (ж) мышеловки

Крутящий момент

Теперь должно быть очевидно, что расстояние усилия (и нагрузки) от точка опоры становится важным фактором, связанным с рычагом. Чем дальше сила усилия прикладывается со стороны шарнира, тем легче произвести вращение. Эти факторы включены в термин под названием крутящий момент . Вы, вероятно уже было ощущение, что крутящий момент имел дело с поворотным эффектом сила.

Два способа достижения одинакового крутящего момента (анимация)

Тот, кто хоть раз пытался открутить ржавую гайку гаечным ключом знает о крутящем моменте. На анимации выше показаны два способа выполнения цель… приложить большую силу рядом с ржавой гайкой или приложить меньшую силу дальше от оси вращения. Сколько из вас добавили кусок трубы к концу вашего гаечного ключа, чтобы убедить его двигаться? Фактически, многие гайки должны быть затянуты в соответствии с очень специфическими спецификациями. Этот это когда вы используете динамометрический ключ (специальный инструмент, правильная степень затяжки).

Динамометрический ключ затянет болт с нужным усилием. из «поворота».

Предоставлено Викисклад

  Крутящий момент и работают два разные вещи. Рассмотрим силу, приложенную перпендикулярно металлическому стержню. (как видно на изображении ниже):

                                              Крутящий момент = приложенное усилие * плечо рычага Работа = Сила * Расстояние

Если плечо рычага составляет 8 футов, а приложенная сила составляет 10 фунтов, результирующий крутящий момент составляет 80 фут-фунтов (независимо от того, вращается ли система). Фактическая работа , выполненная в этом примере, равна силе, умноженной на физическое расстояние, на которое он перемещается (показано как смещение в 1 фут). Если полоса не двигается в общем, никакой работы не делается, но у вас все еще есть крутящий момент в 80 ft-lbs в системе. То есть проделанная работа и созданный крутящий момент являются разными величинами… но измеряются в одних и тех же единицах. Вы можете думать о крутящий момент как «закручивающие эффекты» силы и работают как энергия, используемая при движении что-нибудь.

При рассмотрении рычага (без трения):

Работа (из) = Работа (в)
Крутящий момент (выход) = крутящий момент (вход)

 

Рабочие номера:

(анимация)

Анализ с точки зрения работы

Концепция любой простой машины заключается в том, чтобы выполнить задачу, применяя меньшее усилие на большем расстоянии. Рассмотрим пример показано ниже. Предположим, вам нужно поднять 60-фунтовый предмет по вертикали. расстояние 1 фут. Это требует 60 футов-фунтов работы. Вы можете не быть способным поднять 60 фунтов (или получить боль в спине при попытке). Однако рычаг позволяет поднять объект с гораздо меньшим усилием. Рассмотрим рисунок ниже, где груз весом 60 фунтов поднимается на вертикальное расстояние. 1 фут (показан розовым цветом рядом с грузом). Чтобы поднять вес, вы можете приложите силу в 12 фунтов на расстояние 5 футов, чтобы поднять объект… или сила 15 фунтов на расстоянии 4 футов … и т. д. Это дает вам механическое преимущество потому что вы прикладываете силу менее 60 фунтов. рассчитывается как отношение выходной силы к входной силе. Если оно требуется 12 фунтов, чтобы поднять груз весом 60 фунтов, механическое преимущество равно 5. (60/12 = 5) … если требуется 15 фунтов, чтобы поднять груз весом 60 фунтов, механическое преимущество равно 4. Во всех случаях вы выполняете одинаковый объем работы. На изображении ниже сила в 10 фунтов должна быть приложена на расстоянии 6 футов для производства 60 футо-фунтов работы.

Анимация рычага, в которой MA = 6

Примечание. Мы проанализировали ситуацию, предполагая отсутствие убытков трение. В реальном мире механическое преимущество рассчитывается таким образом. может быть немного ниже, потому что сила усилия будет немного выше, чем идеальный случай.

Анализ с точки зрения крутящего момента

Анимация рычага

Теперь проанализируем тот же рычаг с точки зрения крутящего момента. Предполагать расстояние между (красными) точками вдоль рычага равно 2 футам. 60 нагрузка в фунтах опирается на 2 фута от точки опоры, создавая против часовой стрелки крутящий момент 120 футо-фунтов вокруг точки поворота. Сила в 10 фунтов приложенный в 12 футах от точки опоры произведет такое же количество по часовой стрелке крутящий момент … достаточный для вращения. отношение плеча входного рычага к плечо выходного рычага даст механическое преимущество , равное 12/2 = 6. Таким образом, можно оценить механическое преимущество от прямого наблюдение. Если плечо входного рычага в 6 раз больше длины выходного плечо рычага, система дает механическое преимущество в 6, а это означает, что для на каждый фунт, который вы нажимаете на рычаг, вы можете поднять 6 фунтов груза.

Более длинное плечо входного рычага (место усилия) обеспечивает более высокое механическое преимущество. Это в соответствии с идеей здравого смысла, что вы обычно прикладываете усилие как как можно дальше от точки опоры.

Используйте эту картинку, чтобы ответить на эти вопросы (ответы ниже)

Вопрос № 7. Предположим, этот рычаг первого класса используется для подъема 100-фунтового предмета. (нагрузку), прикладывая направленную вниз силу усилия в точке B. механическое преимущество? Какая сила требуется?

Вопрос №8 — Если сила усилия приложена в точке А и груз перемещается на 1 фут вверх, на сколько футов должна опуститься точка А? Какая работа совершается при подъеме этого масса?

Еще немного о крутящем моменте

При вращении педалей на велосипеде вы можете , а не передавать постоянный крутящий момент на педали. Крутящий момент — это не только произведение приложенной силы, умноженной на плечо рычага … оно также зависит от направления приложенной силы.

Когда вы крутите педали на велосипеде, есть части «цикла педалирования», в которых вы находитесь. ничего не делайте для подачи мощности на колеса, потому что вы не создаете крутящий момент на педали.. В результате мощность, которую вы придать колесам на самом деле выглядит как половина синусоиды, как бы вы ни старались нажимайте на педали (если только у вас нет тех «прищепок», которые гонщики использовать привязку ноги к педали). Вы найдете тот же эффект в двигатель и электродвигатель.

 

Колесо и ось

Вы когда-нибудь использовали лебедку для подъема лодки на прицеп? … или вытащить ведро воды из глубокого колодца? … или поймать этот приз мускусный с вашей удочкой и катушкой? Если у вас есть, вы использовали простую машину известный как колесо и ось. Колесо и ось — это еще одна форма простого рычага. Видишь почему? К какому классу рычагов он относится?

Колесо и ось — это просто замаскированный рычаг

Примечание: «Колесо и ось» не следует путать с видом вы найдете на фургоне … который представляет собой просто колесо , прикрепленное к оси. Колесо (то, которое вы катите) — это просто устройство предназначен для уменьшения трения. «Колесо и ось» — это то, к чему вы обращаетесь получить механическое преимущество. Обычный лебедка (см. изображение ниже) является примером «колеса и ось».  Используя только одного человека, вы можете притянуть лодку к вершине прицеп с этим приспособлением (а еще у вас есть колеса на которых едет лодка во время этого процесса, чтобы уменьшить трение).

Вот несколько примеров «колеса и оси», которые я нашел вокруг своего дом:

Вы должны быть в состоянии придумать множество других распространенных примеров «колеса и ось».

Одинарные шкивы

Один шкив не дает вам механических преимуществ (на самом деле MA = 1) … но позволяет поднять тяжелый объект легко с помощью противовеса . Если противовес соответствует нагрузке … все, что вам нужно сделать, это преодолеть трение, облегчение подъема. Большинство лифтов имеют противовес, равный к весу лифта плюс 40% его максимальной нагрузки.

Специальный тип шкива, называемый 9.0229 эксцентриковый шкив, дает вам механическое преимущество, потому что центр вращения не находится в геометрической центр шкива. Это можно найти на блочном луке. Если вы когда-либо использовали блочный лук, вы обнаружите, что изначально лук очень трудно оттянуть назад, но как только оттянут достаточно далеко, становится вполне легко держать и устойчиво. Почему мы упоминаем этот тип шкива здесь (в разделе рычаги)? Это связано с тем, что эксцентриковый шкив представляет собой замаскированный рычаг первого класса. Сначала, когда вы впервые рисуете стрелку, вы обычно ожидаете, что легкое усилие, но на самом деле это довольно сложно. Эксцентриковый шкив производит механический dis преимущество в этой позе и действительно надо напрячься первый. Однако, как только вы потянете стрелу назад (и ожидайте наибольшей борьбы с луком)… становится легко держать и устойчиво. Это связано с тем, что шкив вращается, давая вам механическое преимущество.

Эксцентриковый шкив — это всего лишь замаскированный рычаг.

Составной лук — вы видите, что эксцентриковый шкив точно рычаг?

Мощность

Мощность — это не что иное, как скорость выполнения работы (насколько быстро энергия быть использованным). Распространенными единицами являются ватт и лошадиная сила. концепция мощности была рассмотрена в предыдущем разделе, но снова требует нашего внимания из-за того, как это связано с крутящим моментом.

Автомобильный двигатель может производить только ограниченную мощность. Эта сила может быть доставляется на колеса автомобиля одним из двух способов… крутящего момента и оборотов (обороты в минуту). На самом деле формула выглядит так:

Мощность (л.с.)  = Крутящий момент (фут-фунт) * об/мин 5252

Это означает, что выходная мощность двигателя должна регулироваться либо создавать высокий крутящий момент на низкой скорости или низкий крутящий момент на высокой скорости. Это где вступает в действие трансмиссия автомобиля.  Она предназначена для передачи крутящий момент и скорость на колеса с помощью систем зубчатых передач.

Гораздо проще использовать обычный велосипед, чтобы проиллюстрировать это. В этом случае и являются устройством, обеспечивающим выходную мощность на колеса. Велосипед имеет цепь, которая передает мощность от педалей на заднее колесо. Если на велосипеде нет сменных передач … он становится очень простым … если вы хотите ехать быстрее… вам нужно сильнее крутить педали (производить больше выходной мощности). Кроме того, вам придется сильнее крутить педали, если вы начинаете подниматься в гору (нужен больший крутящий момент на колеса). Gears позволяет вам напрягаться примерно так же, но позволяет обменять скорость на крутящий момент или порок наоборот При установке цепи педалью на наименьшую передачу и задняя ось (колесо) устанавливается на самую большую передачу, вы обмениваете скорость на крутящий момент. Вы будете ехать очень медленно, но обеспечите высокий крутящий момент на колесах (для движения вверх по склону). холм). При спуске с горы требуется очень небольшой крутящий момент на колесах. так что вы переключаете передачи и получаете много скорости. Тоже самое происходит с вашей машиной. Выходная мощность двигателя может быть довольно постоянной но трансмиссия играет в ту же игру крутящего момента против скорости, что и шестерни на велосипед. Если вы хотите подняться на крутой холм, вам нужно больше крутящего момента на колеса, поэтому вам нужно пожертвовать скоростью (об/мин), чтобы выполнить задачу.

2001, 2004, 2007, 2009, 2016 Джим Михал — Все права защищены
Никакая часть не может быть распространена без явного письменного разрешения автора

 

ответы

Вопрос №1. Усилие должно быть приложено как можно точки опоры, так как нагрузка исходит от точки опоры. То есть правила симметрии, поэтому правая сторона является зеркальным отражением левой стороны.

Вопрос № 2. MA равен 1. Нет ни преимуществ, ни недостатков. Механическое преимущество — это отношение нагрузки/усилия… 200/200 = 1

Вопрос №3. Усилие должно быть приложено дальше от точки опоры, чем нагрузка от точки опоры.

Вопрос № 4. 200 футо-фунтов = x футы * 50 фунтов х = 4 фута

Вопрос № 5. В некоторых случаях вас больше интересует свобода движения, а не умножения силы. В этом случае вы предоставляете большая сила усилия на коротком расстоянии, чтобы обеспечить меньшую силу на большее расстояние.