Простые машины

Рычаг

Перекладина, которая вращается вокруг оси, представляет собой элементарное механическое устройство — рычаг. Архимед первым исследовал действие рычага с научной точки зрения и установил, что длина плеча рычага обратно пропорциональна силе, действующей на рычаг.

Если мы приложим малую силу к длинному плечу рычага, то это действие аналогично приложению большей силы к короткому плечу рычага.

Закон рычага гласит: рычаг находится в равновесии, если по обе стороны от оси вращения произведение длины рычага и силы одинаково.

Наклонная плоскость

Если мы хотим поднять тяжелый ящик на какую-то высоту h, то это можно проделать различными способами.

Поднимая ящик вертикально вверх, надо приложить силу F, равную силе гравитации F_g.

Если мы будем тащить ящик по наклонной плоскости, то этот процесс окажется более легким, чем непосредственное поднятие. В данном случае сила тяги прикладывается параллельно наклонной плоскости.

В случае с наклонной плоскостью ящик проделает более длинный путь s, чем при непосредственном поднятии, но зато появится возможность сэкономить силу. Чем больше s, тем меньшую силу F нужно приложить.

Блоки

Если надо поднять очень тяжелые предметы, то можно использовать блок. Но закрепленный блок отнюдь не экономит силу, а распределяет ее. Значение высоты подъема h равно длине подъема s, следовательно приложенная сила равна силе тяжести.

Если использовать комбинацию из различных блоков, то силу тяги можно уменьшить, так как сила тяжести распределится на все имеющиеся тросы и крепления подъемника. Это устройство называется полиспаст.

Рассмотрим следующий пример. Длина s намного, предположим в два раза, больше высоты h. В таком случае сила тяжести разделится на две силы, по одной на каждую из веревок блока. Отсюда следует, что сила тяги равна силе тяжести, деленной на количество креплений.

В этом примере сила тяги равна лишь одной четвертой силы тяжести, так как в подъеме участвуют уже четыре троса. Но обратим внимание на то, что здесь длина s в четыре раза больше высоты h.