Ekuilibri në fizikë është një gjendje e sistemit, në të cilin ai është në prehje relative ndaj objekteve përreth. Statika është studimi i kushteve të ekuilibrit. Një nga mekanizmat, njohja e kushteve të ekuilibrit për funksionimin e të cilit ka një rëndësi thelbësore, është leva. Konsideroni në artikull se cilat janë llojet e levave.
Çfarë është në fizikë?
Para se të flasim për llojet e levave (në fizikë, klasa 7 kalon këtë temë), le të përcaktojmë këtë pajisje. Një levë është një mekanizëm i thjeshtë që ju lejon të shndërroni forcën në distancë dhe anasjelltas. Leva ka një pajisje të thjeshtë, përbëhet nga një rreze (dërrasë, shufër), e cila ka një gjatësi të caktuar dhe një mbështetje. Pozicioni i mbështetjes nuk është i fiksuar, kështu që mund të vendoset si në mes të rrezes ashtu edhe në fund të tij. Vëmë re menjëherë se pozicioni i mbështetjes në përgjithësi përcakton llojin e levës.
Ky i fundit është përdorur nga njeriu që nga kohra të lashta. Pra, dihet se në Mesopotaminë e lashtë ose në Egjipt, me ndihmën e tij ngrinin ujë nga lumenjtë ose lëviznin gurë të mëdhenj gjatëndërtimi i strukturave të ndryshme. Përdoret në mënyrë aktive levë në Greqinë e lashtë. E vetmja dëshmi e shkruar që ka mbijetuar për përdorimin e këtij mekanizmi të thjeshtë është "Jetët paralele" të Plutarkut, ku filozofi jep një shembull të përdorimit të sistemit të blloqeve dhe levave nga Arkimedi.
Koncepti i çift rrotullues
Të kuptuarit e parimit të funksionimit të llojeve të ndryshme të levave në fizikë është e mundur nëse studioni çështjen e ekuilibrit të mekanizmit në shqyrtim, i cili lidhet ngushtë me konceptin e momentit të forcës.
Momenti i forcës është vlera që fitohet duke shumëzuar forcën me distancën nga pika e zbatimit të saj deri në boshtin e rrotullimit. Kjo distancë quhet "shpatulla e forcës". Le të shënojmë F dhe d - forcën dhe shpatullën e saj, përkatësisht, atëherë marrim:
M=Fd
Momenti i forcës siguron aftësinë për të rrotulluar rreth këtij boshti të të gjithë sistemit. Shembuj të gjallë në të cilët mund të vëzhgoni momentin e forcës në veprim janë zhvidhosja e një dadoje me çelës ose hapja e një dere me një dorezë që është larg menteshave të derës.
Moment rrotullues është një sasi vektoriale. Në zgjidhjen e problemeve, shpesh duhet të merret parasysh shenja e saj. Duhet mbajtur mend se çdo forcë që bën që sistemi i trupave të rrotullohet në drejtim të kundërt të akrepave të orës krijon një moment force me shenjën +.
Bilanci i levës
Figura e mësipërme tregon një levë tipike dhe forcat që veprojnë mbi të janë të shënuara. Më vonë në artikull do të thuhet se është -leva e llojit të parë. Këtu, shkronjat F dhe R tregojnë një forcë të jashtme dhe një peshë të caktuar të ngarkesës, përkatësisht. Ju gjithashtu mund të shihni se mbështetja është zhvendosur nga qendra, kështu që gjatësitë e krahëve dF dhe dR nuk janë të barabarta me njëra-tjetrën.
Në statikë tregohet se leva nuk lëviz si një mekanizëm i tërë, shuma e të gjitha forcave që veprojnë mbi të duhet të jetë e barabartë me zero. Ne kemi shënuar vetëm dy prej tyre. Në fakt, ekziston edhe një i tretë, i cili është i kundërt me këto dy dhe i barabartë me shumën e tyre - ky është reagimi mbështetës.
Që leva të mos bëjë lëvizje rrotulluese, është e nevojshme që shuma e të gjitha momenteve të forcave të jetë e barabartë me zero. Supi i forcës së reagimit të mbështetjes është zero, kështu që nuk krijon një moment. Mbetet të shënohen momentet e forcave F dhe R:
RdR- FdF=0=>
RdR=FdF
Gjendja e ekuilibrit të levës e regjistruar si formulë, dhënë gjithashtu:
dR/dF=F/R
Kjo barazi do të thotë që në mënyrë që leva të mos rrotullohet, forca e jashtme duhet të jetë sa herë më e madhe (më e vogël) se pesha e ngarkesës që ngrihet, sa herë krahu i kësaj force është më i vogël (më i madh) se krahu mbi të cilin pesha vepron ngarkesë.
Formulimi i dhënë do të thotë se sa herë fitojmë rrugës me ndihmën e mekanizmit në shqyrtim, humbasim të njëjtën sasi në fuqi.
Levë e llojit të parë
U tregua në paragrafin e mëparshëm. Këtu thjesht themi se për një levë të këtij lloji, mbështetja ndodhet ndërmjet forcave vepruese F dhe R. Në varësi të raportit të gjatësive të krahëve, një levë e tillë mund tëpërdoret si për ngritjen e peshave ashtu edhe për t'i dhënë trupit përshpejtim.
Peshoret mekanike, gërshërët, një tërheqës gozhdë, një katapultë janë shembuj të levave të llojit të parë.
Në rastin e një ekuilibri, kemi dy krahë me të njëjtën gjatësi, kështu që ekuilibri i levës arrihet vetëm kur forcat F dhe R janë të barabarta me njëra-tjetrën. Ky fakt përdoret për të peshuar trupa me masë të panjohur duke e krahasuar atë me një vlerë referimi.
Gërshërët dhe një tërheqës gozhdë janë shembujt kryesorë të fitimit të forcës, por humbjes gjatë rrugës. Të gjithë e dinë se sa më afër boshtit të gërshërëve të vendoset një fletë letre, aq më e lehtë është ta presësh atë. Përkundrazi, nëse përpiqeni të prisni letrën me majat e gërshërëve, atëherë ekziston një probabilitet i lartë që ata të fillojnë ta "përtypin". Sa më e gjatë të jetë doreza e gërshërës ose e tërheqësit të thonjve, aq më e lehtë është të kryhet operacioni përkatës.
Për sa i përket katapultës, ky është një shembull i gjallë i fitimit me ndihmën e një levë në rrugë, dhe për rrjedhojë në nxitimin që shpatulla e tij i jep predhës.
Levë e llojit të dytë
Në të gjitha levat e llojit të dytë, mbështetësja ndodhet pranë njërit prej skajeve të traut. Ky rregullim çon në praninë e vetëm një shpatulle në levë. Në këtë rast, pesha e ngarkesës është gjithmonë e vendosur midis mbështetjes dhe forcës së jashtme F. Rregullimi i forcave në levën e llojit të dytë çon në rezultatin e vetëm të dobishëm: fitimin në forcë.
Shembuj të këtij lloji të levës janë karroca e rrotave, e cila përdoret për të mbajtur ngarkesa të rënda, dhe arrëthyesi. Në të dyja rastet, humbja gjatë rrugës nuk ka ndonjë vlerë negative. Pra, në rastin e manualitkarroca dore, është e rëndësishme vetëm të mbani ngarkesën në peshë gjatë lëvizjes. Në këtë rast, forca e aplikuar është disa herë më e vogël se pesha e ngarkesës.
Levë e llojit të tretë
Dizajni i këtij lloji të levës është në shumë mënyra i ngjashëm me atë të mëparshëm. Mbështetja në këtë rast është gjithashtu e vendosur në një nga skajet e rrezes, dhe leva ka një krah të vetëm. Sidoqoftë, vendndodhja e forcave që veprojnë në të është krejtësisht e ndryshme sesa në një levë të llojit të dytë. Pika e aplikimit të forcës F është midis peshës së ngarkesës dhe mbështetjes.
Lopata, barriera, shkopi i peshkimit dhe piskatore janë shembuj të mrekullueshëm të këtij lloji të levës. Në të gjitha këto raste, ne fitojmë rrugës, por ka një humbje të konsiderueshme në forcë. Për shembull, për të mbajtur një ngarkesë të rëndë me piskatore, duhet të aplikoni një forcë të madhe F, kështu që përdorimi i këtij mjeti nuk do të thotë të mbani objekte të rënda me të.
Si përfundim, vërejmë se të gjitha llojet e levave punojnë në të njëjtin parim. Ato nuk japin përfitim në punën e lëvizjes së mallrave, por vetëm ju lejojnë ta rishpërndani këtë punë në drejtim të zbatimit të saj më të përshtatshëm.
