| Подготовьтесь к сдаче ЕГЭ интересно и эффективно
Расчет выигрыша в силе: формула, примеры расчета с пояснениями
109

Расчет выигрыша в силе: формула, примеры расчета с пояснениями

Содержание:





Рассмотрим, как рассчитать выигрыш в силе при использовании простейших механизмов, которые люди тысячелетиями используют для перемещения тяжёлых предметов: рычаги, наклонные поверхности, блоки. Первые применяются для перемещения массивных предметов с применением сил, которые имеют меньший за них вес; вторые – облегчают передвижение и подъём тел. 

GeekBrains

О простейших механизмах

Тяжелые вещи люди издревле поднимали при помощи:
  • рычагов – жёстких балок, способных вращаться вокруг точки опоры;

  • блоков – колёс с желобами для скольжения верёвки, ремня, троса.

Части рычага до и после точки опоры называются плечами:

  • коротким – плечо приложения усилия;

  • длинным – плечо приложения силы.

 Механизм создаёт большее физическое усилие на коротком плече, чем сила, прилагаемая к длинному. На практике в его качестве применяются длинные (до нескольких метров) жёсткие деревянные балки, брус, металлические трубы.

Механизм создаёт большее физическое усилие на коротком плече, чем сила, прилагаемая к длинному. На практике в его качестве применяются длинные (до нескольких метров) жёсткие деревянные балки, брус, металлические трубы.

Он же стал прообразом первых механических весов.

Рычаг будет находиться в равновесии до момента, пока вращающий его по часовой стрелке момент сил равняется силе, вращающей его в обратном направлении (по модулю). Если у механизма разные оси вращения – расстояние от точки опоры до места прикладывания усилия, такой рычаг даёт выигрыш в силе, расчёт которого проводится по формуле:

l: l1.

F1 = F2 * l: l1, здесь:

  • F1 и F2 – величины усилий;
  • l1 и l2 – длина первого и второго плеча.

В данном случае l< l2

Действительно, жёсткий рычаг с отличающейся в десятки раз длиной плеч сведёт к минимуму прикладываемую для передвижения либо подъёма предмета силу, но выигрыш в работе он не обеспечит. Во сколько раз легче будет подъем, ровно на столько вещь придётся переместить дальше, а значит выигрыша в работе не получить. Докажем это.

Выполняемая работа пропорциональна прикладываемой силе, пройденному телами расстоянию на угол поворота.

Отсюда выплывает, что энергия в системе ниоткуда не появляется и бесследно не исчезает, только переходит из одной формы в иную. Часть – уходит на нагрев тел вследствие их трения.

Примеры рычага: плоскогубцы, ножницы, клещи, ручной тормоз авто.



Какой выигрыш в силе дает подвижный блок

Различают неподвижные и подвижные блоки – колёса с продольными канавами для верёвки, крепящиеся на ось. Первые изменяют направление воздействия приложенной силы, не предоставляя преимуществ для перемещения вещей, вторые – прикладываемую силу. Подвижной блок перемещается с грузом, уменьшая прикладываемое для движения груза усилие.

Разберёмся, как найти выигрыш в силе в такой ситуации. Поднимая груз весом P посредством подвижного блока, нужно приложить вдвое меньшую силу, чем через неподвижный, ведь плечо OA (радиус) для силы P вдвое меньше OB (диаметра круга) для силы натяжения троса. Если тот вытягивается на длину l, груз поднимается только на половину этого расстояния l2:

 С учётом силы трения формула расчета выигрыша в силе приобретает вид:

K – коэффициент трения.

Разберёмся, как найти выигрыш в силе в такой ситуации. Поднимая груз весом P посредством подвижного блока, нужно приложить вдвое меньшую силу, чем через неподвижный, ведь плечо OA (радиус) для силы P вдвое меньше OB (диаметра круга) для силы натяжения троса. Если тот вытягивается на длину l, груз поднимается только на половину этого расстояния l2



Задача

Рабочий посредством подвижного блока поднимает ведро песка на высоту 6 м. При этом прилагается сила, равная 160 Н. Трение повышает прикладываемую силу на 10%. Рассчитать совершаемую человеком работу?

A = kFs=1,1*160*6= 1056 Дж 1,056 кДж.

Ответ: 1056 Дж

Какой выигрыш в силе даcт использование показанной на рисунке схемы?

Механизм представлен парой неподвижных и тремя подвижными блоками. Каждый снижает прикладываемую силу вдвое, даёт выигрыш в шесть раз.

Механизм представлен парой неподвижных и тремя подвижными блоками. Каждый снижает прикладываемую силу вдвое, даёт выигрыш в шесть раз.

Поделитесь в социальных сетях:
14 октября 2021, 20:49


Как вы считаете, материал был полезен?

Для оценки комментариев необходимо «войти на сайт».