Простые механизмы: рычаг, блоки, "золотое правило" и КПД
Приспособления, которые не добавляют энергии — они лишь облегчают работу.
Главная мысль: простой механизм — это устройство, которое изменяет величину или направление силы. Он позволяет поднять тяжёлый камень небольшим усилием или тянуть верёвку вниз, чтобы поднять ведро вверх. Но он никогда не даёт выигрыша даром: во сколько раз выигрываем в силе, во столько же проигрываем в расстоянии.
К концу урока вы сможете:
- сказать, что делает простой механизм, и назвать рычаг и блок;
- применять правило равновесия рычага F1 · l1 = F2 · l2;
- описывать момент силы и понимать, почему длинное плечо помогает;
- отличать неподвижный блок от подвижного;
- объяснять "золотое правило" механики;
- вычислять КПД механизма.
1. Что такое простой механизм?
В предыдущих темах вы узнали, что работа совершается, когда сила перемещает тело на расстояние: A = F · s. Чтобы поднять тяжёлый мешок прямо вверх, нужно тянуть с силой не меньше его веса. Одному человеку это бывает не под силу.
Простой механизм — это умное приспособление, которое изменяет силу за вас. Он делает одно из двух (иногда и то, и другое):
- Изменяет величину силы — чтобы малым усилием сдвинуть большой груз (лом поднимает камень).
- Изменяет направление силы — чтобы тянуть в удобную сторону (тянуть верёвку вниз, чтобы поднять ведро вверх из колодца).
Главные простые механизмы этого урока — рычаг и блок. Другие, знакомые вам из жизни, — наклонная плоскость (пандус), клин (топор) и винт.