Рычаг – это твердое тело, имеющее ось вращения или опору.

Виды рычагов:

§ рычаг первого рода

§ рычаг второго рода.

Точки приложения сил, действующих на рычаг первого рода , лежат по обе стороны от точки опоры.

Схема рычага первого рода .

т. О – точка опоры рычага (ось вращения рычага);

т. 1 и т. 2 – точки приложения сил и соответственно.

Линия действия силы – прямая, совпадающая с вектором силы.

Плечо силы – кратчайшее расстояние от оси вращения рычага до линии действия силы.

Обозначение: d .

f 1 – линия действия силы

f 2 – линия действия силы

d 1 – плечо силы

d 2 – плечо силы

Алгоритм нахождения плеча силы:

а) провести линию действия силы;

б) опустить перпендикуляр из точки опоры или оси вращения рычага на линию действия силы;

в) длина этого перпендикуляра и будет являться плечом данной силы.

Задание:

Изобразить на чертеже плечо каждой силы:

т. О –ось вращения твердого тела.

Правило равновесия рычага (установлено Архимедом):

Если на рычаг действуют две силы, то он находится в равновесии только тогда, когда силы, действующие на него, обратно пропорциональны их плечам.

Замечание : считаем, что сила трения и вес рычага равны нулю.

Момент силы.

Силы, действующие на рычаг, могут сообщить ему вращательное движение либо по часовой стрелке, либо против часовой стрелки.

Момент силы – физическая величина, характеризующая вращающее действие силы и равная произведению модуля силы на плечо.

Обозначение: М

Единица измерения момента силы в СИ: 1 ньютон-метр (1 Н·м) .

1Н·м – момент силы в 1Н, плечо которой равно 1м.

Правило моментов : Рычаг находится в равновесии под действием приложенных к нему сил, если сумма моментов сил, вращающих его по часовой стрелке, равна сумме моментов сил, вращающих его против часовой стрелки .

Если на рычаг действуют две силы , то правило моментов формулируется следующим образом: Рычаг находится в равновесии под действием двух сил, если момент силы, вращающей его по часовой стрелке, равен моменту силы, вращающей его против часовой стрелки.

Примечание : Из правила моментов для случая двух приложенных к рычагу сил можно получить правило равновесия рычага в форме, которая рассматривалась в п. 38.

, ═> , ═> .

Блоки.

Блок – колесо с желобом, имеющее ось вращения. Желоб предназначен для нити, веревки, троса или цепи.

Различают блоки двух видов: неподвижные и подвижные.

Неподвижным блоком называется такой блок, ось которого не перемещается при работе блока. Такой блок при движении веревки не передвигается, а лишь вращается.

Подвижным блоком называется такой блок, ось которого движется при работе блока.

Поскольку блок – твердое тело, имеющее ось вращения, т. е. разновидность рычага, то к блоку мы можем применить правило равновесия рычага. Применим это правило, считая, что сила трения и вес блока равны нулю.

Рассмотрим неподвижный блок.

Неподвижный блок – рычаг первого рода.

т. О – ось вращения рычага.

АО = d 1 – плечо силы

ОВ = d 2 – плечо силы

Причем, d 1 = d 2 = r, r – радиус колеса.

При равновесии M 1 = M 2

P·d 1 = F·d 2 ═>

Таким образом, неподвижный блок выигрыша в силе не дает, он только позволяет изменять направление действия силы.

Рассмотрим подвижный блок.

Подвижный блок – рычаг второго рода.

С самых давних пор человек применяет различные вспомогательные приспособления для облегчения своего труда. Как часто, когда нам надо сдвинуть с места очень тяжелый предмет, мы берем себе в помощники палку или шест. Это пример простого механизма - рычага.

Применение простых механизмов

Видов простых механизмов очень много. Это и рычаг, и блок, и клин, и многие другие. Простыми механизмами в физике называют приспособления, служащие для преобразования силы. Наклонная плоскость, которая помогает вкатывать или втаскивать тяжелые предметы наверх - это тоже простой механизм. Применение простых механизмов очень распространено как в производстве, так и в быту. Чаще всего простые механизмы применяют для того, чтобы получить выигрыш в силе, то есть увеличить в несколько раз силу, действующую на тело.

Рычаг в физике - простой механизм

Один из самых простых и распространенных механизмов, который изучают в физике еще в седьмом классе - рычаг. Рычагом в физике называют твердое тело, способное вращаться вокруг неподвижной опоры.

Различают два вида рычагов. У рычага первого рода точка опоры находится между линиями действия приложенных сил. У рычага второго рода точка опоры расположена по одну сторону от них. То есть, если мы пытаемся при помощи лома сдвинуть с места тяжелый предмет, то рычаг первого рода - это ситуация, когда мы подкладываем брусок под лом, надавливая на свободный конец лома вниз. Неподвижной опорой у нас в данном случае будет являться брусок, а приложенные силы располагаются по обе стороны от него. А рычаг второго рода - это когда мы, подсунув край лома под тяжесть, тянем лом вверх, пытаясь таким образом перевернуть предмет. Здесь точка опоры находится в месте упора лома о землю, а приложенные силы расположены по одну сторону от точки опоры.

Закон равновесия сил на рычаге

Используя рычаг, мы можем получить выигрыш в силе и поднять неподъемный голыми руками груз. Расстояние от точки опоры до точки приложения силы называют плечом силы. Причем, можно рассчитать равновесие сил на рычаге по следующей формуле:

F1 / F2 = l2 / l1 ,

где F1 и F2 - силы, действующие на рычаг,
а l2 и l1 - плечи этих сил.

Это и есть закон равновесия рычага , который гласит: рычаг находится в равновесии тогда, когда действующие на него силы обратно пропорциональны плечам этих сил. Этот закон был установлен Архимедом еще в третьем веке до нашей эры. Из него следует, что меньшей силой можно уравновесить большую. Для этого необходимо, чтобы плечо меньшей силы было больше плеча большей силы. А выигрыш в силе, получаемый с помощью рычага, определяется отношением плеч приложенных сил.

Разделы: Физика

Тип урока: урок усвоения нового материала

Цели урока:

• Образовательные:
  • знакомство с применением простых механизмов в природе и технике;
  • формировать навыки анализа источников информации;
  • установить экспериментально правило равновесия рычага;
  • формировать умение учащихся проводить опыты (эксперименты) и делать из них выводы.
• Развивающие:
  • развивать умения наблюдать, анализировать, сопоставлять, обобщать, классифицировать, составление схем, формулирование выводов по изученному материалу;
  • развивать познавательный интерес, самостоятельность мышления и интеллекта;
  • развивать грамотную устную речь;
  • развивать навыки практической работы.
• Воспитательные:
  • нравственное воспитание: любовь к природе, чувство товарищеской взаимовыручки, этика групповой работы;
  • воспитание культуры в организации учебного труда.

Основные понятия:

• механизмы
• рычаг
• плечо силы
• блок
• ворот
• наклонная плоскость
• клин
• винт

Оборудование: компьютер, презентация, раздаточный материал (рабочие карты), рычаг на штативе, набор грузов, лабораторный набор по теме «Механика, простые механизмы».

ХОД УРОКА

I. Организационный этап

1. Приветствие.
2. Определение отсутствующих.
3. Проверка готовности учащихся к уроку.
4. Проверка подготовленности классного помещения к уроку.
5. Организация внимания.

II. Этап проверки домашнего задания

1. Выявление факта выполнения домашнего задания всем классом.
2. Визуальная проверка заданий в рабочей тетради.
3. Выяснение причин невыполнения задания отдельными учащимися.
4. Вопросы по домашнему заданию.

III. Этап подготовки учащихся к активному и сознательному усвоению нового материала

«Я Землю бы мог повернуть рычагом, лишь дайте мне точку опоры»

Архимед

Отгадайте загадки:

1. Два кольца, два конца, а посредине гвоздик. (Ножницы )

2. Две сестры качались – правды добивались, а когда добились, то остановились. (Весы )

3. Кланяется, кланяется – придет домой – растянется. (Топор )

4. Что за чудо-великан?
Тянет руку к облакам,
Занимается трудом:
Помогает строить дом. (Подъемный кран )

– Посмотрите ещё раз внимательно на отгадки и назовите их одним словом. «Орудие, машина» в переводе с греческого означает «механизмы».

Механизм – от греческого слова «????v?» – орудие , сооружение .
Машина – от латинского слова «machina» – сооружение .

– Оказывается обыкновенная палка – это простейший механизм. Кто знает, как он называется?
– Давайте вместе сформулируем тему урока: ….
– Откройте тетради, запишите число и тему урока: «Простые механизмы. Условия равновесия рычага».
– Какую цель мы должны с вами поставить сегодня на уроке …

IV. Этап усвоения новых знаний

«Я Землю бы мог повернуть рычагом, лишь дайте мне точку опоры» – эти слова, которые являются эпиграфом нашего урока, Архимед сказал более 2000 лет назад. А люди до сих пор их помнят и передают из уст в уста. Почему? Прав ли был Архимед?

– Рычаги начали применяться людьми в глубокой древности.
– Как вы думайте, для чего они нужны?
– Конечно, чтобы легче было работать.
– Первым человеком, применившим рычаг, был наш далёкий доисторический предок, палкой сдвигавший с места тяжёлые камни в поисках съедобных корней или прятавшихся под корнями мелких животных. Да-да, ведь обыкновенная палка, имеющая точку опоры, вокруг которой её можно поворачивать, – это и есть самый настоящий рычаг.
Есть много свидетельств, что в древних странах – Вавилоне, Египте, Греции – строители широко использовали рычаги при подъёме и перевозке статуй, колонн и огромных камней. В то время они не догадывались о законе рычага, но уже хорошо знали, что рычаг в умелых руках превращает тяжелый груз в лёгкий.
Рычаг – является составной частью почти каждой современной машины, станка, механизма. Экскаватор роет канаву – его железная «рука» с ковшом действует как рычаг. Шофёр меняет скорость автомобиля с помощью рычага переключения скоростей. Аптекарь развешивает порошки на аптекарских очень точных весах, главная деталь этих весов – рычаг.
Вскапывая грядки на огороде, лопата в наших руках тоже становится рычагом. Всевозможные коромысла, рукоятки и вороты всё это рычаги.

– Давайте познакомимся с простыми механизмами.

Класс разделен на шесть экспериментальных групп:

1-я изучает наклонную плоскость.
2-я изучает рычаг.
3-я изучает блок.
4-я изучает ворот.
5-я изучает клин.
6-я изучает винт.

Работа проводится по описанию, предложенному каждой группе в рабочей карте. (Приложение 1 )

По ответам учащихся составляем схему. (Приложение 2 )

– С какими механизмами вы познакомились …
– Для чего же служат простые механизмы? …

Рычаг – твёрдое тело, способное вращаться вокруг неподвижной опоры. На практике роль рычага могут играть палка, доска, лом и т.п.
Рычаг имеет точку опоры и плечо. Плечо – это кратчайшее расстояние от точки опоры до линии действия силы (т.е. перпендикуляр, опущенный из точки опоры на линию действия силы).
Обычно силами, приложенными к рычагу можно считать вес тел. Одну из сил мы будем называть силой сопротивления, другую – движущей силой.
На рисунке (Приложение 4 ) вы видите равноплечий рычаг, который используется для уравновешивания сил. Примером такого применения рычага могут служить весы. Как вы думаете, что произойдёт, если одна из сил увеличится в 2 раза?
Правильно, весы выйдут из равновесия (показываю на обычных весах).
Как вы считаете, есть ли способ уравновесить большую силу меньшей?

Ребята, предлагаю вам в ходе мини-эксперимента вывести условие равновесия рычага.

Эксперимент

На столах стоят лабораторные рычаги. Давайте вместе с вами выясним, когда рычаг будет находиться в равновесии.
Для этого повесьте на крючок с правой стороны на расстоянии 15 см от оси один груз.

• Уравновесьте рычаг одним грузом. Измерьте левое плечо.
• Уравновесьте рычаг, но уже двумя грузами. Измерьте левое плечо.
• Уравновесьте рычаг, но уже тремя грузами. Измерьте левое плечо.
• Уравновесьте рычаг, но уже четырьмя грузами. Измерьте левое плечо.

– Какие выводы можно сделать:

• Где сила больше, там плечо меньше.
• Во сколько раз сила увеличилась, во столько раз плечо уменьшилось,

– Давайте сформулируем правило равновесия рычага:

Рычаг находится в равновесии тогда, когда силы, действующие на него, обратно пропорциональны плечам этих сил.

– А сейчас попробуйте записать это правило математически, т. е. формулу:

F 1 l 1 = F 2 l 2 => F 1 / F 2 = l 2 /l 1

Правило равновесия рычага было установлено Архимедом.
Из этого правила следует , что меньшей силой можно уравновесить при помощи рычага большую силу.

Релаксация: Закройте глаза и прикройте их ладонями. Представьте лист белой бумаги и попытайтесь мысленно написать на нем свое имя, фамилию. В конце записи поставьте точку. Теперь забудьте о буквах и вспоминайте только точку. Она должна казаться вам двигающейся из стороны в сторону медленными и легкими покачиваниями. Вы расслабились… уберите ладони, откройте глаза, мы с вами возвращаемся в реальный мир полные сил и энергии.

V. Этап закрепления новых знаний

1. Продолжите фразу …

• Рычаг – это… твердое тело, которое может вращаться вокруг неподвижной опоры
• Рычаг находится в равновесии, если…силы, действующие на него, обратно пропорциональны плечам этих сил.
• Плечо силы – это… кратчайшее расстояние от точки опоры до линии действия силы (т.е. перпендикуляр, опущенный из точки опоры на линию действия силы).
• Сила измеряется в …
• Плечо силы измеряется в …
• К простым механизмам относятся… рычаг и его разновидности: – клин, винт; наклонная плоскость и ее разновидности: клин, винт.
• Простые механизмы нужны для…того, чтобы получить выигрыш в силе

2. Заполнить таблицу (самостоятельно):

Найдите в устройствах простые механизмы

ВЗАИМОКОНТРОЛЬ

Перенесите оценку после взаимоконтроля в карту самооценки.

Прав ли был Архимед?

Архимед был уверен, что не существует такого тяжёлого груза, который бы не поднять человеку – надо только воспользоваться рычагом.
И всё же Архимед преувеличил возможности человека . Если бы Архимед знал, как огромна масса Земного шара, то он, вероятно, воздержался бы от приписываемого ему легендой восклицания: «Дайте мне точку опоры, и я подниму Землю!». Ведь для перемещения земли всего на 1 см руке Архимеда пришлось бы проделать путь в 10 18 км. Оказывается, чтобы сдвинуть Землю на миллиметр длинное плечо рычага должно быть больше короткого в 100 000 000 000 трл. раз! Конец этого плеча проделал бы путь в 1 000 000 трл. километров (примерно). А на такую дорогу человеку понадобилось бы много миллионов лет!.. Но это тема другого урока.

VI. Этап информации учащимся о домашнем задании, инструктаж по его выполнению

1. Подведение итогов: что нового узнали на уроке, как работал класс, кто из учащихся работал особенно старательно (оценки).

2. Домашнее задание

Всем: § 55-56
Желающим: составить кроссворд по теме «Простые механизмы у меня дома»
Индивидуально: подготовить сообщения или презентацию «Рычаги в живой природе», «Сила наших рук».

– Занятие закончено! До свидания, всего Вам доброго!

С незапамятных времен человечество использует разные механизмы, которые призваны облегчить физический труд. Одним из них является рычаг. Что он собой предс...

Условие равновесия рычага. Правило моментов. Простые механизмы. Задачи и решения

От Masterweb

С незапамятных времен человечество использует разные механизмы, которые призваны облегчить физический труд. Одним из них является рычаг. Что он собой представляет, в чем заключается идея его использования, а также каково условие равновесия рычага, рассмотрению всех этих вопросов посвящена данная статья.

Когда человечество стало применять принцип рычага?

Точно ответить на этот вопрос трудно, поскольку простые механизмы уже были известны древним египтянам и жителям Месопотамии еще в трехтысячном году до нашей эры.

Одним из таких механизмов является так называемый рычаг-журавль. Представлял он собой длинный шест, который располагался на опоре. Последняя устанавливалась ближе к одному концу шеста. К концу, который дальше находился от опорной точки, привязывали сосуд, на другой клали некоторый противовес, например, камень. Система настраивалась таким образом, чтобы наполненный наполовину сосуд приводил к горизонтальному положению шеста.

Рычаг-журавль служил для подъема воды из колодца, реки или другого углубления до уровня, где находился человек. Прикладывая небольшую силу к сосуду, человек опускал его к источнику воды, сосуд наполнялся жидкостью, а затем, прилагая небольшое усилие к другому концу шеста с противовесом, можно было поднять указанный сосуд.

Легенда об Архимеде и корабле

Всем известен древнегреческий философ из города Сиракузы, Архимед, который в своих трудах не только описал принцип действия простых механизмов (рычаг, наклонная доска), но и привел соответствующие математические формулы. До настоящего времени остается знаменитой его фраза:

Дайте мне точку опоры, и я сдвину этот мир!

Как известно, такой опоры никто ему не предоставил, и Земля осталась на своем месте. Однако, что действительно смог сдвинуть Архимед, так это корабль. Одна из легенд Плутарха (работа "Параллельные жизни") говорит следующее: Архимед в письме своему другу, царю Гиерону Сиракузскому, говорил, что смог бы в одиночку переместить сколь угодно большой вес, при определенных условиях. Гиерон был удивлен таким заявлением философа и попросил, чтобы он продемонстрировал то, о чем говорит. Архимед согласился. В один из дней корабль Гиерона, находящийся в доке, был загружен людьми и наполненными водой бочками. Философ, расположившись на некотором расстоянии от корабля, смог его поднять над водой, потянув за веревки, прикладывая при этом небольшое усилие.

Составные части рычага

Несмотря на то, что речь идет о достаточно простом механизме, он все же имеет определенное устройство. Физически он состоит из двух основных частей: шест или балка и опора. При рассмотрении же задач шест рассматривают как объект, состоящий из двух (или одного) плеча. Плечо - это часть шеста, которая находится относительно опоры с одной стороны. Большую роль в принципе работы рассматриваемого механизма играет именно длина плеча.

Когда рассматривают рычаг в работе, то возникает еще два дополнительных элемента: прилагаемая сила и сила противодействия ей. Первая стремится привести в движение объект, создающий силу противодействия.

Условие равновесия рычага в физике

Познакомившись с устройством этого механизма, приведем математическую формулу, используя которую, можно сказать, какое из плеч рычага и в каком направлении будет двигаться или, наоборот, все устройство будет находиться в состоянии покоя. Формула имеет вид:

где F1 и F2 - силы действия и противодействия, соответственно, l1 и l2 - длины плеч, к которым приложены эти силы.

Это выражение позволяет исследовать условия равновесия рычага, имеющего ось вращения. Так, если плечо l1 больше, чем l2, тогда для уравновешивания силы F2 понадобится меньшее значение F1. Наоборот, если l2 > l1, то для противодействия силе F2 потребуется приложить большую F1. Эти выводы можно получить, если переписать выражение выше в следующей форме:

Как видно, участвующие в процессе формирования равновесия силы находятся в обратной зависимости от длины плеч рычага.

В чем состоит выигрыш и проигрыш при использовании рычага?

Из приведенных выше формул следует важный вывод: с помощью длинного плеча и малого усилия можно перемещать объекты с огромной массой. Это действительно так, и многие могут подумать, что применение рычага приводит к выигрышу в работе. Но это не так. Работа - это энергетическая величина, которая не может быть создана из ничего.

Проанализируем работу простого рычага, имеющего два леча l1 и l2. Пусть на конце плеча l2 помещен груз весом P (F2 = P). На конец другого плеча человек прилагает силу F1 и поднимает этот груз на высоту h. Теперь, вычислим работу каждой силы и приравняем полученные результаты. Получим:

Сила F2 действовала вдоль вертикальной траектории длиной h, в свою очередь F1 действовала также вдоль вертикали, но уже была приложена к другому плечу, конец которого переместился на неизвестную величину x. Чтобы ее найти, необходимо подставить в последнее выражение формулу связи между силами и плечами рычага. Выражая x, имеем:

x = F2 * h / F1 = l1 * h / l2.

Это равенство показывает, если l1 > l2, тогда F2 > F1 и x > h, то есть, прикладывая небольшую силу, можно поднять груз с большим весом, но при этом придется переместить соответствующее плечо рычага (l1) на большее расстояние. Наоборот, если l1

Таким образом, рычаг не дает выигрыш в работе, он позволяет лишь перераспределить ее либо в пользу меньшей прилагаемой силы, либо в пользу большей амплитуды перемещения объекта. В обсуждаемой теме физики работает общий философский принцип: всякий выигрыш компенсируется некоторым проигрышем.

Виды рычагов

В зависимости от точек приложения силы и от положения опоры различают следующие виды этого механизма:

• Первого рода: точка опоры находится между двумя силами F1 и F2, поэтому от длины плеч будет зависеть то, в чем дает выигрыш такой рычаг. Примером являются обычные ножницы.
• Второго рода. Здесь сила, против которой совершается работа, расположена между опорой и прилагаемым усилием. Такой тип конструкции означает, что он всегда будет давать выигрыш в силе и проигрыш в пути и скорости. Его примером является садовая тачка.
• Третьего рода. Последний вариант, который остается реализовать в этой простой конструкции, это положение прилагаемого усилия между опорой и силой противодействия. В этом случае получается выигрыш в пути, но проигрыш в силе. Примером может служить пинцет.

Понятие о моменте силы

Рассмотрение любых проблем в механике, которые включают понятия оси или точки вращения, осуществляется с помощью правила моментов сил. Поскольку опора рычага - это тоже ось (точка), вокруг которой поворачивается система, то для оценки равновесия этого механизма также используется момент силы. Под ним понимается величина в физике, равная произведению плеча на действующую силу, то есть:

Учитывая это определение, условие равновесия рычага можно переписать в следующем виде:

M1 = M2, где M1 = l1 * F1 и M2 = l2 * F2.

Момент M обладает аддитивностью, это означает, что общий момент силы для рассматриваемой системы можно получить путем обычного сложения всех действующих на нее моментов Mi. Однако при этом следует учитывать их знак (сила, вызывающая вращение системы против часовой стрелки, создает положительный момент +M, и наоборот). С учетом сказанного, правило моментов для рычага, находящегося в равновесии, будет выглядеть так:

Рычаг теряет свое равновесие, когда M1 ≠ M2.

Где используется принцип рычага?

Выше уже были приведены некоторые примеры использования этого простого и известного с древних времен механизма. Здесь лишь перечислим несколько дополнительных примеров:

• Плоскогубцы: рычаг 1-го рода, который позволяет создавать огромные усилия за счет небольшой длины плеч l2, где находятся зубья инструмента.
• Открывалка крышек банок и бутылок: это рычаг 2-го рода, поэтому он всегда дает выигрыш в прилагаемом усилии.
• Удочка: рычаг 3-го рода, который позволяет перемещать конец удочки с поплавком, грузилом и крючком на большие амплитуды. Проигрыш при этом в силе ощущается, когда рыбаку оказывается трудно вытащить рыбу из воды, даже если ее масса не превышает 0,5 кг.

Сам человек с его суставами, мышцами, костями и сухожилиями - это яркий пример системы с множеством разных рычагов.

Решение задачи

Условие равновесия рычага, рассмотренное в статье, используем для решения простой задачи. Необходимо вычислить приблизительную длину плеча рычага, прилагая усилие к концу которого, Архимед смог поднять корабль, как это описывает Плутарх.

Для решения введем следующие предположения: во внимание примем греческую трирему в 90 тонн водоизмещением и положим, что опора рычага находилась в 1 метре от ее центра массы. Поскольку Архимед, согласно легенде, легко смог поднять корабль, то будем считать, что для этого он приложил силу, равную половине своего веса, то есть около 400 Н (для массы 82 кг). Тогда, применяя условие равновесия рычага, получаем:

F1 * l1 = F2 * l2 => l1 = F2 * l2 / F1 = m * g * l2 / F1 = 90000 * 9,81 * 1/400 ≈ 2,2 км.

Даже если увеличить прилагаемую силу до значения веса самого Архимеда и приблизить опору еще в два раза, то получится значение длины плеча около 500 метров, что также является большой величиной. Скорее всего, легенда Плутарха - это преувеличение с целью продемонстрировать эффективность рычага, и Архимед в действительности не поднимал корабль над водой.

Улица Киевян, 16 0016 Армения, Ереван +374 11 233 255

Рычагом называют твердое тело, которое может вращаться вокруг неподвижной точки.

Неподвижную точку называют точкой опоры.

Хорошо знакомый вам пример рычага - качели (рис. 25.1).

Когда двое на качелях уравновешивают друг друга? Начнем с наблюдений. Вы, конечно, замечали, что двое людей на качелях уравновешивают друг друга, если у них примерно одинаковый вес и они находятся примерно на одинаковом расстоянии от точки опоры (рис. 25.1, а).

Рис. 25.1. Условие равновесия качелей: а - люди равного веса уравновешивают друг друга, когда сидят на равных расстояниях от точки опоры; б - люди разного веса уравновешивают друг друга, когда более тяжелый сидит ближе к точке опоры

Если же эти двое сильно отличаются по весу, они уравновешивают друг друга только при условии, что более тяжелый сидит намного ближе к точке опоры (рис. 25.1, б).

Перейдем теперь от наблюдений к опытам: найдем на опыте условия равновесия рычага.

Поставим опыт

Опыт показывает, что грузы равного веса уравновешивают рычаг, если они подвешены на одинаковых расстояниях от точки опоры (рис. 25.2, а).

Если же грузы имеют различный вес, то рычаг находится в равновесии, когда более тяжелый груз находится во столько раз ближе к точке опоры, во сколько раз его вес больше, чем вес легкого груза (рис. 25.2, б, в).

Рис. 25.2. Опыты по нахождению условия равновесия рычага

Условие равновесия рычага. Расстояние от точки опоры до прямой, вдоль которой действует сила, называют плечом этой силы. Обозначим F 1 и F 2 силы, действующие на рычаг со стороны грузов (см. схемы в правой части рис. 25.2). Плечи этих сил обозначим соответственно l 1 и l 2 . Наши опыты показали, что рычаг находится в равновесии, если приложенные к рычагу силы F 1 и F 2 стремятся вращать его в противоположных направлениях, причем модули сил обратно пропорциональны плечам этих сил:

F 1 /F 2 = l 2 /l 1 .

Это условие равновесия рычага было установлено на опыте Архимедом в 3-м веке до н. э.

Условие равновесия рычага вы сможете изучить на опыте в лабораторной работе № 11.