Ваги та принцип важелів
Збалансовані маси та принцип важелів
Як Джо Далтон може підняти камінь важчий за нього ?
Щоб відповісти на це питання, виконується наступна збірка з деталями Meccano:
Смужка з отворами (зелена) збалансована на шарнірі (червона). Можна закріпити латунні шматки різної маси.
Через притягання Землі маса латунного диска надає вертикальну силу, спрямовану вниз. Ця сила називається вагою. Тут вага диска врівноважує цех зліва:
Ми отримуємо рівновагу, розмістивши однаковий диск праворуч:
Але якщо перенести диск на кілька отворів, рівновага втрачається. Це показує, що відстань між диском і шарніром відіграє важливу роль:
Баланс відновлюється закріпленням правого диска на тій самій відстані, що і лівий від опори:
Ми можемо навіть наблизити їх доти, доки відстані залишаються рівними (порахуйте отвори, щоб перевірити).
Зараз ми намагаємось знайти рівновагу за допомогою легшого об’єкта.
Зверніть увагу, що невеликій масі, віддаленій від стовбура, вдається "перебити" більшу масу, розміщену біля стовпа. Це принцип раковин: відстань посилює дію сили. Різницю у вазі можна компенсувати довшим важелем важеля.
Досягається рівновага і вимірюється відстань між осями: 38 мм ліворуч від шарніра та 76 мм праворуч, тобто вдвічі більше відстані. Ми розуміємо, що диск приблизно вдвічі важчий за зубчасте колесо:
Ми прагнемо збалансувати масу 100 г (фіксовану на відстані D від опори) з масою 50 г (удвічі легшу). Це досягається розміщенням останнього на відстані, подвійній від D (двічі D). D x 100 g = D x 2 x 50 g
Ми перевіряємо цей принцип на інших збірках, наприклад, використовуючи кілька однакових дисків:
Три диски, розміщені біля опори, врівноважені одним диском три рази далі. Ми можемо перевірити розрахунком: ліворуч від шарніра, 4 отвори, тобто відстань між осями 38 мм; праворуч, 10 отворів, тобто 114 мм. 3 x 38 мм = 114 мм.
Використання важелів:
Повернемося до Джо, що стискається зі своєю скелею: сила, яку він чинить, помножується на довжину бруса, на який він діє. Такі інструменти, як лом і лом, - це важелі, за допомогою яких користувач може застосовувати велику силу прориву.
(Малюнок з альбому: Зцілення Далтона)
Точний баланс з рівними стулками за принципом важеля:
У підготовці: нерівні важелі римського масштабу.
Різні важелі на кронштейні цього механічного екскаватора:
Застосування важелів: схема роботи механічного екскаватора:
Діаграми, виготовлені за допомогою програмного забезпечення AppleWorks (доступно у Macintosh або версії Windows)