Рычаги в природе .
Рычаг — один из наиболее распространенных и простых типов механизмов в мире, присутствующий как в природе, так и в рукотворном мире, созданном человеком.
Тело человека как рычаг
К примеру, скелет и опорно-двигательная система человека или любого животного состоит из десятков и сотен рычагов. Взглянем на локтевой сустав. Лучевая и плечевая кости соединятся вместе хрящом, к ним так же присоединяются мышцы бицепса и трицепса. Вот мы и получаем простейшие механизмы рычага.
Если вы держите в руке гантель весом в 3 кг, какое усилие при этом развивает ваша мышца? Место соединения кости и мышцы делит кость в соотношении 1 к 8, следовательно, мышца развивает усилие в 24 кг! Получается, мы сильнее самих себя. Но рычажная система нашего скелета не позволяет нам в полной мере использовать нашу силу.
Наглядный пример более удачного применения преимуществ рычага в скелетно-мышечной системе организма обратные задние колени у многих животных (все виды кошек, лошади, и т.д.).
Их кости длиннее наших, а особое устройство их задних ног позволяет им гораздо эффективнее использовать силу своих мышц. Да, несомненно, их мышцы гораздо сильнее чем у нас, но и вес их больше на порядок.
Средне-статистическая лошадь весит около 450 кг, и при этом может легко прыгнуть на высоту около двух метров. Нам же с вами, чтобы выполнить такой прыжок, надо быть мастерами спорта по прыжкам в высоту, хотя мы весим в 8-9 раз меньше, чем лошадь.
Раз уж мы вспомнили о прыжках в высоту, рассмотрим варианты применения рычага, которые придуман человеком. Прыжки в высоту с шестом очень наглядный пример.
При помощи рычага длинной около трех метров (длинна шеста для прыжков в высоту около пяти метров, следовательно, длинное плечо рычага, начинающееся в месте перегиба шеста в момент прыжка, составляет около трех метров) и правильного приложения усилия, спортсмен взлетает на головокружительную высоту до шести метров.
Рычаги так же распространены и в быту. Вам было бы гораздо сложнее открыть туго завинченный водопроводный кран, если бы у него не было ручки в 3-5 см, которая представляет собой маленький, но очень эффективный рычаг.
То же самое относится к гаечному ключу, которым вы откручиваете или закручиваете болт или гайку. Чем длиннее ключ, тем легче вам будет открутить эту гайку, или наоборот, тем туже вы сможете её затянуть.
При работе с особо крупными и тяжелыми болтами и гайками, например при ремонте различных механизмов, автомобилей, станков, используют гаечные ключи с рукояткой до метра.
Другой яркий пример рычага в повседневной жизни самая обычная дверь. Попробуйте открыть дверь, толкая её возле крепления петель. Дверь будет поддаваться очень тяжело. Но чем дальше от дверных петель будет располагаться точка приложения усилия, тем легче вам будет открыть дверь.
Естественно, рычаги так же повсеместно распространены и в технике. Самый очевидный пример рычаг переключения коробки передач в автомобиле. Короткое плечо рычага та его часть, что вы видите в салоне.
Длинное плечо рычага скрыто под днищем автомобиля, и длиннее короткого примерно в два раза. Когда вы переставляете рычаг из одного положения в другое, длинное плечо в коробке передач переключает соответствующие механизмы.
Здесь так же очень наглядно можно увидеть, как длина плеча рычага, диапазон его хода и сила, необходимая для его сдвига, соотносятся друг с другом.
Например, в спортивных автомобилях, для более быстрого переключения передач, рычаг обычно устанавливают короткий, и диапазон его хода так же делают коротким.
Однако, в этом случае водителю необходимо прилагать больше усилий, чтобы переключить передачу. Напротив, в большегрузных автомобилях, где механизмы сами по себе тяжелее, рычаг делают длиннее, и диапазон его хода так же длиннее, чем в легковом автомобиле.
Таким образом, мы можем убедиться в том, что механизм рычага очень широко распространен как в природе, так и в нашем повседневном быту, и в различных механизмах.
Источник
Рычаги
Человек стал использовать рычаги еще в доисторическое время. Однако первое летописное упоминание об устройстве дал Архимед в III веке до н. э. Его закон равновесия гласил:
«Усилие, умноженное на плечо приложения силы, равно нагрузке, умноженной на плечо приложения нагрузки, где плечо приложения силы — это расстояние от точки приложения силы до опоры, а плечо приложения нагрузки — это расстояние от точки приложения нагрузки до опоры».
Рычаг — это простой механизм, который способен меньшей силой уравновесить большую. Он имеет вид твердого тела, вращающееся вокруг неподвижной опоры.
Рычаг используется для получения большего усилия на коротком плече с помощью меньшего усилия на длинном плече.
Рычаг первого и второго рода
Рычаги первого рода — это такие приспособления, в которых точка опоры всегда располагается между точкой усилия и нагрузкой. Чтобы понять, как это работает, можно представить гвоздодер или весы. Рычаги второго рода — это такие механизмы, в которых на одном конце рычага находится точка опоры, а к другому прикладывается усилие. Груз, который необходимо поднять, располагается между точкой опоры и усилием.
За образец рычагов второго рода можно взять тачку для перевозки грузов. Груз находится между рукоятками тачки и колесом. В наше время рычаги повсеместно используются во многих сферах жизни. Можно сказать, что почти любой механизм, производящий механическое движение в том или ином виде использует принцип действия рычага.
Рычаги в технике
Рычаги широко применимы в технике. Наиболее очевидный пример — рычаг переключения коробки передач в машине. Часть, что видна в салоне автомобиля, это короткое плечо рычага. Длинное плечо скрыто под днищем авто, оно длиннее короткого в два раза. Управляя коротким плечом рычага в машине, длинным плечом мы переключаем соответствующие механизмы.
Длина плеча рычага, диапазон его хода и сила, направленная на его сдвиг, взаимодействуют друг с другом.
Например, в спортивных автокарах, для более оперативного переключения передач, обычно устанавливают короткий рычаг, и уменьшают диапазон его хода. Однако в этот момент водителю необходимо приложить больше силы, чтобы переключить передачу. В большегрузных автомобилях, где все механизмы сами по себе тяжелее, рычаг делают длиннее, и диапазон его хода так же длиннее, чтобы было проще управлять агрегатом. Рычаги различного вида имеются у многих девайсов: педали или ручной тормоз велосипеда, ручка швейной машины, клавиши пианино — все это примеры рычагов. Существует масса примеров рычагов на стройке: лом, экскаватор, подъемный кран. Строители используют такие приборы, как: кусачки, ножницы для резки бумаги или металла. Примером рычага, дающего минус в силе, но плюс в расстоянии, является весло. Чем длиннее часть весла погружаемого в воду, тем больше его радиус вращения и скорость движения.
Рычаги в быту
Рычаги очень часто можно встретить в быту. Было бы необычайно сложно открыть туго завинченный водопроводный кран, если бы у него не было небольшой, но необходимой ручки, представляющей собой рычаг. В качестве примера можно также рассмотреть гаечный ключ, предназначенный для откручивания или закручивания болта или гайки. Чем длиннее ключ, тем проще будет открутить гайку, или наоборот. Дверь — это отличный пример рычага в будничной жизни. Практически невозможно открыть дверь, толкая ее возле крепления петель. Дверь будет открываться с трудом. Но чем дальше от дверных петель будет располагаться точка направления силы, тем легче будет распахнуть дверь. С детства знакомое развлечение, качели для двоих, действуют тоже по принципу рычага. Есть неподвижная ось вращения, вокруг которой качели вращаются под действием сил тяжести детей. Чтобы перевесить своего друга, сидящего на противоположном сидении, поднять его, ребенок садится на самый край качели. Если он сядет ближе к опоре качели, может не перевесить.
Примеры рычагов в живой природе
Тело человека как рычаг
Опорно-двигательная система любого живого существа состоит из множества рычагов. Например, локтевой сустав. Лучевая и плечевая кости соединяются вместе хрящом. К ним, в свою очередь, присоединяются мышцы бицепса и трицепса. Место примыкания лучевой и плечевой костей — это своеобразная точка опоры. Таким образом образуется простейший механизм рычага.
Примеры рычагов в устройстве других живых существ
Наглядный пример применения преимуществ рычага в скелетно-мышечной системе живого организма — обратные задние колени у многих представителей животного мира (кошки, лошади и т.д.). Их кости длиннее наших, они намного эффективнее использовать силу своих мышц, так как их задние ноги имеют специальное устройство. Хоть их мышцы сильнее чем у нас, их вес на порядок больше. Лошадь в среднем весит около 450 кг, и при этом может без труда прыгнуть на высоту около двух метров. Чтобы повторить такой трюк, человеку надо быть мастером спорта по прыжкам в высоту, хотя люди имеют вес в среднем в 8-9 раз меньше, чем лошадь. Меньшие по размерам существа также имеют в своем внутреннем устройстве рычаги: например, суставы насекомых. К тому же, клешни рака или краба действуют тоже как рычаг. Механизм клешней схож с принципом действия щипцов.
Учитель непонятно объясняет предмет?
Источник