Njerëzimi ka përdorur prej kohësh makina dhe mekanizma të thjeshtë për ta bërë punën fizike më të lehtë dhe më të thjeshtë. Një nga këto mekanizma është leva. Çfarë është një levë në fizikë, cila formulë përshkruan ekuilibrin e saj dhe cilat janë llojet e levave - të gjitha këto pyetje janë zbuluar në artikull.
Koncept
Një levë në fizikë është një mekanizëm i përbërë nga një rreze ose tabelë dhe një mbështetje. Mbështetja në përgjithësi e ndan traun në dy pjesë të pabarabarta, të cilat quhen krahë levave. Ky i fundit mund të kryejë një lëvizje rrotulluese rreth pikëmbështetjes.
Duke qenë një mekanizëm i thjeshtë, leva është projektuar për të kryer punë fizike me përfitim ose në fuqi ose në tranzit. Forcat e aplikuara veprojnë në krahët e levës gjatë funksionimit të saj. Një prej tyre është fuqia e rezistencës. Ajo krijohet nga pesha e ngarkesës që duhet të zhvendoset (ngritet). Forca e dytë është një forcë e jashtme, e cila në shumicën e rasteve zbatohet në krahun e levës me ndihmën e duarve të njeriut.
Figura e mësipërme tregon një levë tipike medy shpatulla. Më vonë në artikull do të shpjegohet pse i referohet levave të llojit të dytë.
Rregulli i levës duket kështu:
ForceKrahu i forcës=NgarkoKrahu ngarkues
Momenti i forcës
Le të bëjmë pak digresion nga tema e levës në fizikë dhe të shqyrtojmë një sasi të rëndësishme fizike për të kuptuar funksionimin e saj. Bëhet fjalë për momentin e forcës. Është prodhimi i forcës dhe gjatësisë së krahut të zbatimit të tij, i cili matematikisht shkruhet si më poshtë:
M=Fd
Është e rëndësishme të mos ngatërroni, krahu i forcës d dhe krahu i levës, në përgjithësi, këto janë koncepte të ndryshme.
Momenti i forcës tregon aftësinë e këtij të fundit për të bërë një kthesë në sistem. Pra, shumë njerëz e dinë se është shumë më e lehtë të hapësh derën nga doreza sesa ta shtysh afër menteshave, ose është më e lehtë të zhbllokosh dadën në bulon me një çelës të gjatë sesa me një të shkurtër.
Momenti i forcës është një vektor. Për të kuptuar funksionimin e një mekanizmi të thjeshtë levë në fizikë, mjafton të dihet se momenti konsiderohet pozitiv nëse forca tenton të kthejë krahun e levës në drejtim të kundërt të akrepave të orës. Nëse tenton të bëjë një kthesë në drejtim të drejtimit të akrepave të orës, atëherë momenti duhet të merret me shenjën minus.
Bilanci i levës në fizikë
Për ta bërë më të lehtë të kuptoni se në çfarë kushtesh do të jetë në ekuilibër leva, merrni parasysh figurën e mëposhtme.
Këtu tregohen dy forca: një ngarkesë R dhe një forcë e jashtme F e aplikuar për të kapërcyer këtëngarkesat. Krahët e këtyre forcave janë përkatësisht të barabartë me dR dhe dF. Në fakt, ekziston një forcë tjetër - reagimi i mbështetësit, i cili vepron vertikalisht lart në pikën e kontaktit midis rrezes dhe mbështetjes së levës. Meqenëse shpatulla e kësaj force është e barabartë me zero, ajo nuk do të merret parasysh më tej kur të përcaktohet kushti i ekuilibrit.
Sipas statikës, rrotullimi i sistemit është i pamundur nëse shuma e momenteve të forcave të jashtme është e barabartë me zero. Le të shkruajmë shumën e këtyre momenteve, duke marrë parasysh shenjën e tyre:
RdR- FdF=0.
Barazia e shkruar pasqyron kushtin e mjaftueshëm të ekuilibrit për levën. Nëse në levë nuk veprojnë dy forca, por më shumë, atëherë kjo gjendje do të mbetet akoma. Vetëm në vend të shumës së dy momenteve të forcave, do të jetë e nevojshme të gjendet shuma e të gjitha momenteve të forcave që veprojnë dhe të barazohen me zero.
Fitorja është e fortë dhe në rrugë e sipër
Shprehja për momentet e forcave të levës në fizikë, e shkruar në paragrafin e mëparshëm, do të rishkruhet në formën e mëposhtme:
RdR=FdF
Nga formula e mësipërme vijon:
dR / dF=F / R.
Kjo barazi thotë se për të ruajtur ekuilibrin, është e nevojshme që forca F të jetë sa herë më e madhe se pesha e ngarkesës R, sa herë krahu i saj dF më pak se krahu d R. Meqenëse krahu më i madh në procesin e lëvizjes së levës përshkon një rrugë më të gjatë se krahu më i vogël, ne kemi mundësinë të kryejmë të njëjtën punë duke përdorur levën në dy mënyra:
- aplikoni më shumë forcën F dhe lëvizni shpatullën nëdistancë e shkurtër;
- aplikoni një forcë të vogël F dhe lëvizni shpatullën në një distancë të gjatë.
Në rastin e parë, flitet për një fitim gjatë rrugës në procesin e lëvizjes së ngarkesës R, në rastin e dytë, fitohet një fitim në forcë, pasi F < R.
Ku përdoret leva dhe cilat janë ato?
Në varësi të pikës së aplikimit të forcave të levës në fizikë dhe nga pozicioni i mbështetjes, mekanizmi më i thjeshtë mund të jetë i tre llojeve:
- Kjo është një levë me dy krahë, në të cilën pozicioni mbështetës hiqet në mënyrë të barabartë nga të dy skajet e traut. Në varësi të raportit të gjatësisë së krahëve, ky lloj levë ju lejon të fitoni si në mënyrë ashtu edhe në forcë. Shembuj të përdorimit të tij përfshijnë peshoret, pincat, gërshërët, tërheqësin e thonjve, lëkundjen e foshnjës.
- Leva e llojit të dytë është me një krah, domethënë mbështetësi ndodhet pranë njërit prej skajeve të tij. Në këtë rast, forca e jashtme zbatohet në skajin tjetër të rrezes, dhe forca e ngarkesës vepron midis mbështetjes dhe forcës së jashtme, e cila ju lejon të fitoni pikërisht në këtë forcë. Një karrocë dore ose një arrëthyes janë shembujt kryesorë të këtij lloji të levës.
- Lloji i tretë i mekanizmit përfaqësohet nga shembuj të tillë si një shufër peshkimi ose piskatore. Kjo levë është gjithashtu me një krah, por forca e jashtme e aplikuar është tashmë më afër mbështetjes sesa pikës së aplikimit të ngarkesës. Ky dizajn i një mekanizmi të thjeshtë ju lejon të fitoni në rrugë, por të humbni në forcë. Kjo është arsyeja pse është e vështirë të mbash një peshk të vogël në peshë në fund të një kallam peshkimi ose një objekt të rëndë me piskatore.
Për ta përsëritur, një levë në fizikë e lejon vetëme bëjnë të përshtatshëm kryerjen e kësaj apo asaj pune të lëvizjes së mallrave, por nuk ju lejon të fitoni në këtë punë.
