NộI Dung
- Nguyên tắc cơ bản của vật lý Newton
- Tổng quan về máy đơn giản
- Cơ bản đòn bẩy
- Mô-men xoắn và khoảnh khắc trong vật lý
- Thuật ngữ và các loại đòn bẩy
- Ví dụ đòn bẩy hợp chất
- Tính toán lực lượng đòn bẩy
Hầu như mọi người đều biết những gì đòn bẩy là, mặc dù hầu hết mọi người có thể ngạc nhiên khi biết phạm vi rộng như thế nào nhưng cô may đơn giản đủ điều kiện như vậy.
Nói một cách lỏng lẻo, đòn bẩy là một công cụ được sử dụng để "cạy" thứ gì đó lỏng lẻo theo cách mà không có bộ máy phi động cơ nào khác có thể quản lý; trong ngôn ngữ hàng ngày, một người nào đó đã đạt được một dạng sức mạnh độc nhất đối với một tình huống được cho là sở hữu "đòn bẩy".
Tìm hiểu về đòn bẩy và cách áp dụng các phương trình liên quan đến việc sử dụng chúng là một trong những quy trình bổ sung mang tính vật lý giới thiệu. Nó bao gồm một chút về lực và mô-men xoắn, giới thiệu khái niệm phản trực giác nhưng rất quan trọng về nhân lênvà quay số bạn vào các khái niệm cốt lõi như công việc và các dạng năng lượng trong cuộc mặc cả.
Một trong những lợi thế chính của đòn bẩy là chúng có thể dễ dàng "xếp chồng" theo cách tạo ra một thứ đáng kể lợi thế cơ khí. Tính toán đòn bẩy hợp chất giúp minh họa mức độ mạnh mẽ nhưng khiêm tốn của một "chuỗi" máy móc đơn giản có thể được thiết kế tốt.
Nguyên tắc cơ bản của vật lý Newton
Isaac Newton (1642 Vang1726), ngoài việc được cho là đồng sáng chế ra môn toán tính toán, đã mở rộng công trình của Galileo Galilei để phát triển mối quan hệ chính thức giữa năng lượng và chuyển động. Cụ thể, ông đề xuất, trong số những thứ khác, rằng:
Các vật thể chống lại sự thay đổi vận tốc của chúng theo cách tỷ lệ thuận với khối lượng của chúng (định luật quán tính, định luật thứ nhất của Newton);
Một số lượng được gọi là lực lượng tác động lên khối lượng để thay đổi vận tốc, một quá trình gọi là sự tăng tốc (F = ma, Định luật thứ hai của Newton);
Một số lượng được gọi là Quán tính, sản phẩm của khối lượng và vận tốc, rất hữu ích trong các tính toán ở chỗ nó được bảo toàn (tức là, tổng số lượng của nó không thay đổi) trong các hệ thống vật lý khép kín. Toàn bộ năng lượng cũng được bảo tồn.
Kết hợp một số yếu tố của các mối quan hệ này dẫn đến khái niệm về công việc, đó là lực nhân lên qua một khoảng cách: W = Fx. Chính nhờ ống kính này mà nghiên cứu về đòn bẩy bắt đầu.
Tổng quan về máy đơn giản
Đòn bẩy thuộc về một loại thiết bị được gọi là nhưng cô may đơn giản, bao gồm bánh răng, ròng rọc, máy bay nghiêng, nêm và ốc vít. (Bản thân từ "máy" xuất phát từ một từ Hy Lạp có nghĩa là "giúp làm cho dễ dàng hơn.")
Tất cả các máy đơn giản đều có chung một đặc điểm: Chúng nhân lên lực lượng với chi phí khoảng cách (và khoảng cách được thêm vào thường được ẩn khéo léo). Định luật bảo toàn năng lượng khẳng định rằng không có hệ thống nào có thể "tạo ra" công việc mà không có gì, nhưng bởi vì W = ĐỤx, ngay cả khi giá trị của W bị ràng buộc, hai biến còn lại trong phương trình không.
Biến quan tâm trong một máy đơn giản là lợi thế cơ khí, chỉ là tỷ lệ của lực đầu ra với lực đầu vào: MA = Fo/ĐỤTôi. Thông thường, số lượng này được thể hiện là lợi thế cơ học lý tưởng, hoặc IMA, đó là lợi thế cơ học mà máy sẽ được hưởng nếu không có lực ma sát.
Cơ bản đòn bẩy
Một đòn bẩy đơn giản là một thanh vững chắc của một số loại có thể tự do xoay quanh một điểm cố định được gọi là một điểm tựa nếu lực được áp dụng cho đòn bẩy. Điểm tựa có thể được đặt ở bất kỳ khoảng cách nào dọc theo chiều dài của đòn bẩy. Nếu đòn bẩy đang trải qua các lực dưới dạng các điểm xuyến, là các lực tác động lên một trục quay, thì đòn bẩy sẽ không di chuyển với điều kiện tổng lực (lực xoắn) tác dụng lên thanh là bằng không.
Mô-men xoắn là sản phẩm của một lực tác dụng cộng với khoảng cách từ điểm tựa. Do đó, một hệ thống bao gồm một đòn bẩy duy nhất chịu hai lực ĐỤ1 và ĐỤ2 ở khoảng cách x1 và x2 từ điểm tựa ở trạng thái cân bằng khi ĐỤ1x1 = ĐỤ2x2.
Trong số các giải thích hợp lệ khác, mối quan hệ này có nghĩa là một lực mạnh tác dụng trong một khoảng cách ngắn có thể được đối trọng chính xác (giả sử không có tổn thất năng lượng do ma sát) bởi một lực yếu hơn tác động trên một khoảng cách dài hơn và theo tỷ lệ thuận.
Mô-men xoắn và khoảnh khắc trong vật lý
Khoảng cách từ điểm tựa đến điểm mà một lực tác dụng lên đòn bẩy được gọi là đòn bẩy tay, hoặc là cánh tay khoảnh khắc. (Trong các phương trình này, nó đã được biểu thị bằng cách sử dụng "x" để đơn giản trực quan; các nguồn khác có thể sử dụng chữ thường "l.")
Torques không phải hành động đúng góc với đòn bẩy, mặc dù đối với bất kỳ lực áp dụng nhất định nào, góc phải (nghĩa là 90 °) mang lại lượng lực tối đa bởi vì, chỉ đơn giản là vấn đề phần nào, sin 90 ° = 1.
Để một vật ở trạng thái cân bằng, tổng của các lực và các lực xoắn tác dụng lên vật đó đều phải bằng không. Điều này có nghĩa là tất cả các điểm xuyến theo chiều kim đồng hồ phải được cân bằng chính xác bằng các điểm xuyến ngược chiều kim đồng hồ.
Thuật ngữ và các loại đòn bẩy
Thông thường, ý tưởng áp dụng một lực vào một đòn bẩy là để di chuyển một cái gì đó bằng cách "tận dụng" sự thỏa hiệp hai chiều được đảm bảo giữa lực và cánh tay đòn. Lực lượng mà bạn đang cố gắng chống lại được gọi là lực lượng kháng chiếnvà lực lượng đầu vào của riêng bạn được gọi là nỗ lực. Do đó, bạn có thể nghĩ về lực đầu ra khi đạt đến giá trị của lực kháng tại thời điểm đối tượng bắt đầu quay (tức là khi điều kiện cân bằng không còn được đáp ứng.
Nhờ các mối quan hệ giữa công việc, lực lượng và khoảng cách, MA có thể được thể hiện như
MA = Fr/ĐỤe = de/Cười mở miệngr
Ở đâue là khoảng cách cánh tay nỗ lực di chuyển (nói xoay vòng) và dr là khoảng cách cánh tay đòn kháng lực di chuyển.
Đòn bẩy đi vào ba loại.
Ví dụ đòn bẩy hợp chất
Một đòn bẩy hợp chất là một loạt các đòn bẩy hoạt động trong buổi hòa nhạc, sao cho lực đầu ra của một đòn bẩy trở thành lực đầu vào của đòn bẩy tiếp theo, do đó cho phép cuối cùng cho một mức độ nhân lực cực lớn.
Các phím đàn piano đại diện cho một ví dụ về kết quả tuyệt vời có thể phát sinh từ các máy xây dựng có tính năng đòn bẩy tổng hợp. Một ví dụ dễ hình dung hơn là một bộ dụng cụ cắt móng tay điển hình. Với những thứ này, bạn tác dụng lực lên một tay cầm kéo hai mảnh kim loại lại với nhau nhờ một ốc vít. Tay cầm được nối với miếng kim loại trên cùng bằng vít này, tạo ra một điểm tựa và hai mảnh được nối với một điểm tựa thứ hai ở đầu đối diện.
Lưu ý rằng khi bạn tác dụng lực lên tay cầm, nó sẽ di chuyển xa hơn (nếu chỉ một inch hoặc hơn) so với hai đầu clipper sắc nét, chỉ cần di chuyển một vài milimet để gần nhau và thực hiện công việc của chúng. Lực bạn áp dụng dễ dàng được nhân lên nhờ dr quá nhỏ
Tính toán lực lượng đòn bẩy
Một lực 50 newton (N) được tác dụng theo chiều kim đồng hồ ở khoảng cách 4 mét (m) từ điểm tựa. Lực nào phải được tác dụng ở khoảng cách 100 m ở phía bên kia của điểm tựa để cân bằng tải này?
Ở đây, gán các biến và thiết lập một tỷ lệ đơn giản. ĐỤ1= 50 N, x1 = 4 m và x2 = 100 m.
Bạn biết rằng F1x1 = F2x2, vậy x2 = F1x1/ĐỤ2 = (50 N) (4 m) / 100m = 2 N
Do đó, chỉ cần một lực nhỏ để bù tải điện trở, miễn là bạn sẵn sàng chịu đựng chiều dài của một sân bóng để hoàn thành nó!