Физика · конспекты
★0
Физика › 7 класс › Работа и мощность. Энергия

Тема 45Рычаг. Равновесие тел

★★★
Термины темы — найди их в тексте:РычагПлечо силыне по одной прямойповорачиватьсягдеАрхимед1-го родаразные2-го родаодну

Две равные противоположные силы уравновешивают друг друга. Но всегда ли? Приложим их к книге не по одной прямой — книга начнёт поворачиваться!

Силы по одной прямой уравновешены. Силы со сдвигом поворачивают книгуСилы по одной прямой уравновешены. Силы со сдвигом поворачивают книгу
Силы по одной прямой уравновешены. Силы со сдвигом поворачивают книгу Иллюстрация: light-fizika.ru
Две руки поворачивают руль. Ветер наклоняет деревоДве руки поворачивают руль. Ветер наклоняет дерево
Две руки поворачивают руль. Ветер наклоняет дерево Иллюстрация: light-fizika.ru
Определение

Рычаг — твёрдое тело, которое может вращаться вокруг неподвижной оси (опоры).

Рычаг: опора и две силы
Рычаг: опора и две силы Иллюстрация: light-fizika.ru

Плечо силы

Равновесие рычага зависит не только от сил, но и от того, где они приложены.

Определение

Плечо силы — кратчайшее расстояние от оси вращения до линии действия силы (длина перпендикуляра).

Плечо — перпендикуляр от оси O к линии действия силы. Найдите плечи силПлечо — перпендикуляр от оси O к линии действия силы. Найдите плечи сил
Плечо — перпендикуляр от оси O к линии действия силы. Найдите плечи сил Иллюстрация: light-fizika.ru

Правило равновесия рычага

Подбираем грузы и плечи, чтобы рычаг был горизонталенПодбираем грузы и плечи, чтобы рычаг был горизонтален
Подбираем грузы и плечи, чтобы рычаг был горизонтален Иллюстрация: light-fizika.ru
Равновесие рычага

Рычаг находится в равновесии, когда силы обратно пропорциональны их плечам:

F1F2=l2l1\frac{F_1}{F_2}=\frac{l_2}{l_1}

Правило открыл Архимед ещё в III веке до н. э. Ему приписывают слова: «Дайте мне точку опоры, и я переверну Землю».

Рычаги 1-го и 2-го рода

  • 1-го рода — силы приложены по разные стороны от оси (качели, ножницы, лом).
  • 2-го рода — силы приложены по одну сторону от оси (тачка, щипцы для орехов, открывалка).
Рычаг 1-го рода: лом с опорой посередине. Рычаг 2-го рода: опора на концеРычаг 1-го рода: лом с опорой посередине. Рычаг 2-го рода: опора на конце
Рычаг 1-го рода: лом с опорой посередине. Рычаг 2-го рода: опора на конце Иллюстрация: light-fizika.ru
Образ для запоминания

Рычаг — «качели»: тяжёлый папа садится ближе к середине, лёгкий сын — дальше. Сила в 2 раза меньше — плечо в 2 раза больше.

⚗ Мини-опыт

Меняйте число грузов и их плечи с обеих сторон. Найдите несколько разных способов уравновесить рычаг. Что у них общего?

▶ Симуляция PhET

На экране «Лаборатория рычага» уравновесьте рычаг разными грузами. Включите линейку и сравните плечи.

РавновесиеОткрыть ↗

Симуляция: PhET Interactive Simulations, University of Colorado Boulder, лицензия CC BY-NC 4.0 (phet.colorado.edu); русский перевод интерфейса.

? Проверь себя

Ответь, не подглядывая в конспект: вспоминать — лучший способ запомнить.

1Что такое плечо силы?
Это длина перпендикуляра.
2На рычаг действуют силы 4 Н и 12 Н. Плечо большей силы 5 см. Каково плечо меньшей при равновесии?
l1=l2F2F1=5⋅124l_1=l_2\dfrac{F_2}{F_1}=5\cdot\dfrac{12}{4}.
3Какой рычаг — 2-го рода?
У тачки ось (колесо) с краю, обе силы — по одну сторону.

✎ Задачи

А Уровень А по образцу: одна формула, один шаг

  1. Что такое рычаг?

    Ответ

    Твёрдое тело, которое может вращаться вокруг неподвижной оси.

    Как получилось?

  2. Сформулируйте правило равновесия рычага.

    Ответ

    Рычаг в равновесии, когда силы обратно пропорциональны их плечам: F1/F2=l2/l1F_1/F_2=l_2/l_1.

    Как получилось?

  3. Плечи рычага 20 см и 60 см. На короткое плечо действует сила 30 Н. Какая сила нужна на длинном для равновесия?

    Ответ

    F2=F1l1l2=30⋅2060=10F_2=F_1\dfrac{l_1}{l_2}=30\cdot\dfrac{20}{60}=10 Н.

    Как получилось?

  4. Чем рычаг 1-го рода отличается от 2-го?

    Ответ

    У 1-го рода силы по разные стороны от оси, у 2-го — по одну.

    Как получилось?

  5. Почему ручку двери делают подальше от петель?

    Ответ

    Плечо силы больше — нужна меньшая сила.

    Как получилось?

Б Уровень Б сам: несколько шагов, перевод единиц

  1. Ломом длиной 1,5 м поднимают камень весом 1200 Н. Опора на расстоянии 30 см от камня. Какую силу надо приложить к другому концу?

    Ответ

    l1=0,3l_1=0{,}3 м, l2=1,2l_2=1{,}2 м; F=1200⋅0,31,2=300F=1200\cdot\dfrac{0{,}3}{1{,}2}=300 Н.

    Как получилось?

  2. Мальчик массой 30 кг сидит на качелях в 2 м от оси. Где должен сесть папа массой 80 кг?

    Ответ

    l=30⋅280=0,75l=\dfrac{30\cdot2}{80}=0{,}75 м от оси с другой стороны.

    Как получилось?

  3. Почему ножницы для резки металла делают с длинными ручками и короткими лезвиями?

    Ответ

    Длинное плечо у руки и короткое у металла дают большой выигрыш в силе.

    Как получилось?

↻ Закрепи

Карточки терминов

Нажми на карточку — она перевернётся. «Знаю» — карточка вернётся на повторение позже (через сутки, неделю, месяц), «Повторить» — скоро снова.

Рычаг
Твёрдое тело, которое может вращаться вокруг неподвижной оси (опоры).
Плечо силы
Кратчайшее расстояние от оси вращения до линии действия силы.
Равновесие рычага
F1F2=l2l1\dfrac{F_1}{F_2}=\dfrac{l_2}{l_1} — силы обратно пропорциональны плечам.
Рычаги 1-го и 2-го рода
1-го — силы по разные стороны от оси; 2-го — по одну сторону.

Экспресс-карта

Возьми лист и за 3 минуты нарисуй по памяти карту темы: в центре — тема, ветви — главные идеи, на ветвях — термины. Потом сравни.