Рычаги в технике, быту и природе

Правило рычага лежит в основе действия различного рода инструментов и устройств, применяемых в технике и быту там, где требуется выигрыш в силе или в пути.

Выигрыш в силе мы имеем при работе с ножницами. Ножницы – это рычаг (рис. 155), ось вращения которого проходит через винт, соединяющий обе половины ножниц. Действующей силой F1 является мускульная сила руки человека, сжимающего ножницы; противодействующей силой F2 — сопротивление того материала, который режут ножницами. В зависимости от назначения ножниц их устройство бывает различным. Конторские ножницы, предназначенные для резки бумаги, имеют длинные лезвия и почти такой же длины ручки, так как для резки бумаги не требуется большой силы, а длинным лезвием удобнее резать по прямой линии. Ножницы для резки листового металла (рис. 156), имеют ручки гораздо длиннее лезвий, так как сила, сопротивления металла велика и для ее уравновешивания плечо действующей силы приходится значительно увеличивать. Еще больше разница между длиной ручек и расстоянием режущей части от оси вращения в кусачках (рис. 157), предназначенных для перекусывания проволоки.

Рычаги различного вида имеются у многих машин. Ручка швейной машины, педали или ручной тормоз велосипеда, педали автомобиля и трактора, клавиши пишущей машинки и пианино — все это примеры рычагов, используемых в данных машинах и инструментах.

Примеры применения рычагов вы можете найти в своей школьной мастерской. Это рукоятки тисков и верстаков, рычаг сверлильного станка и т, д.

На принципе рычага основано действие и рычажных весов (рис. 158). Учебные весы, изображенные на рисунке 43 (с. 39), действуют как равноплечий рычаг. В десятичных весах (рис. 158, 4) плечо, к которому подвешена чашка с гирями, в 10 раз длиннее плеча, несущего груз. Это значительно упрощает взвешивание больших грузов. Взвешивая груз на десятичных весах, следует умножить массу Гирь на 10.

Устройство весов для взвешивания грузовых вагонов, автомобилей и повозок также основано на законах рычага.

Рычаги встречаются также в разных частях тела животных и человека. Это, например, конечности, челюсти. Много рычагов можно указать в теле насекомых, птиц, в строении растений. Типичный рычаг — ствол дерева и его продолжение — корень.

На рисунке 159, в изображены кости предплечья.

Точка опоры находится в локтевом суставе. Действующая сила F—сила мышц, сгибающих предплечье, сила сопротивления R — сила тяжести поддерживаемого кистью руки груза. Сила F приложена ближе к точке опоры, чем сила R (см. рис. 159, в). Следовательно, F>R, т. е. рычаг дает проигрыш в силе и выигрыш в пути.

Вопросы.

1. Приведите примеры применения рычагов в быту, в технике, в школьной мастерской.
2. Объясните, почему кусачки дают выигрыш в силе.

Упражнения.

1. Укажите точку опоры и плечи сил у рычагов, изображенных на рисунке 159. При каком положении груза (д, е) палка, которую используют при переносе груза, меньше давит на плечо? Ответ обоснуйте.
2. Объясните действие весла как рычага (рис. 160).
3. На рисунке 161 изображен разрез предохранительного клапана¹. Рассчитайте, какой груз надо повесить на рычаг, чтобы пар через клапан не выходил. Давление в котле в 12 раз больше нормального атмосферного давления. Площадь клапана S = 3 см2, вес клапана и вес рычага не учитывать. Плечи сил измерьте по рисунку. Куда нужно переместить груз, если давление пара в котле увеличится? уменьшится? Ответ обоснуйте.
4. На рисунке 162 изображена схема подъемного крана, Рассчитайте, какой груз можно поднимать при помощи этого крана, если масса противовеса 1000 кг.
5. Предохранительный клапан — особое приспособление, открывающее, например, отверстие в паровом котле, когда давление пара в нем становится больше нормы.

Задания.

Рассмотрите устройство плоскогубцев (или кусачек, щипцов для сахара, ножниц для жести). Найдите у них ось вращения, плечо силы сопротивления и плечо действующей силы. Подсчитайте, какой выигрыш в силе может дать данный инструмент.

Осмотрите у себя дома бытовые машины и инструменты: мясорубку, швейную машину, нож для открывания консервов, щипцы и др. Укажите в этих механизмах точку опоры, точки приложения сил, плечи.

Подготовьте доклад на тему «Рычаги в организмах человека, животных и насекомых».