Рычагом называют твердое тело, которое может вращаться вокруг неподвижной точки. Неподвижную точку называют точкой опоры.
Расстояние от точки опоры до линии действия силы называют плечом этой силы.
Условие равновесия рычага: рычаг находится в равновесии, если приложенные к рычагу силы F1 и F2 стремятся вращать его в противоположных направлениях, причем модули сил обратно пропорциональны плечам этих сил: F1/F2 = l2/l1
Для рычага выполняется «золотое правило» механики (если можно пренебречь трением и массой рычага).
Произведение модуля силы на ее плечо называют моментом силы.
Правило моментов: рычаг находится в равновесии, если сумма моментов сил, стремящихся вращать рычаг в одном направлении, равна сумме моментов сил, стремящихся вращать его в противоположном направлении.
Вопросы и задания
Первый уровень
Что такое рычаг? Приведите примеры рычага.
Что такое плечо силы?
Сформулируйте условие равновесия рычага.
Чему равны силы, приложенные к рычагу в опытах, изображенных на рис. 25.2? Чему равно плечо каждой из этих сил? Подтверждается ли в этих опытах условие равновесия рычага? Считайте, что масса каждого грузика равна 0,1 кг, а расстояние между соседними штрихами на стержне равно 0,1 м.
Поднимая груз массой 100 кг с помощью рычага, прикладывают силу 500 Н. Каково для этого рычага отношение плеч?
Приподнимая один конец лежащей на полу доски, прикладывают силу 10 Н. Какова масса доски? Считайте, что центр тяжести доски совпадает с серединой доски.
Как с помощью рычага получить выигрыш в пути? Приведите примеры такого использования рычага.
Выполняется ли для рычага «золотое правило» механики?
Ножницы, щипцы и тачка представляют собой примеры применения рычага. Изобразите их схематически в тетради и обозначьте на каждом рисунке точку опоры и плечи сил.
Второй уровень
Поднимая груз массой 300 кг с помощью рычага длиной 3 м, к одному концу рычага прикладывают силу 600 Н. На каком расстоянии от середины рычага расположена точка опоры? Вес груза приложен к другому концу рычага, массой рычага можно пренебречь.
К концам рычага длиной 1 м подвешены грузы массой 8 кг и 12 кг. На каком расстоянии от середины рычага должна быть точка опоры, чтобы рычаг находился в равновесии? Массой рычага можно пренебречь.
К концам рычага длиной 1 м подвешены грузы общей массой 2 кг. Какова масса каждого из грузов, если точка опоры находится на расстоянии 30 см от одного из концов рычага? Массой рычага можно пренебречь.
Изобразите схему системы из рычага и подвижного блока, с помощью которой можно получить выигрыш в силе в 10 раз.
Что такое момент силы? Сформулируйте правило моментов.
Доска массой 10 кг лежит на двух бревнах, расстояние между которыми 1 м. На первое бревно доска давит с силой 40 Н. С какой силой она давит на второе бревно? На каком расстоянии от первого бревна находится центр тяжести доски, если он совпадает с серединой доски?
Если подвесить груз к короткому плечу рычага, его можно уравновесить гирей массой 1 кг, подвешенной к длинному плечу. А если подвесить груз к длинному плечу, то его можно уравновесить гирей массой 9 кг, подвешенной к короткому плечу. Какова масса груза? Массой рычага можно пренебречь.
Составьте задачу на тему «Условие равновесия рычага», чтобы ответ у задачи был: «Точка опоры расположена на 10 см ближе к более тяжелому грузу».
Домашняя лаборатория
Используя прочную линейку, сделайте самодельные рычажные весы. В качестве гирек можно использовать одинаковые монеты.
Возьмите небольшую карту вашей области (республики, края), положите на нее чистый лист бумаги и обведите на листе бумаги контур области. Наклейте этот лист на плотный картон и вырежьте по контуру. Найдите опытным путем центр тяжести полученной фигуры. Сопоставив его с картой, вы узнаете, где находится «картографический центр тяжести» вашей области. Совпадает ли он с положением областного центра (столицы)?
