Важіль, фізика

Сила людини обмежена. Тому він часто застосовує пристрої (або пристосування), що дозволяють перетворити його силу в силу, істотно більшу. Прикладом подібного пристосування є важіль.

Важіль є тверде тіло, здатне обертатися навколо нерухомої опори. В якості важеля можуть бути використані лом, дошка і тому подібні предмети.

Розрізняють два види важелів. У важеля 1-го роду нерухома точка опори O розташовується між лініями дії прикладених сил (рис. 47), а у важеля 2-го роду вона розташовується по одну сторону від них (рис. 48).

Використання важеля дозволяє отримати виграш в силі. Так, наприклад, робочий, зображений на малюнку 47, прикладаючи до важеля силу 400 Н, зможе підняти вантаж вагою 800 Н. Розділивши 800 Н на 400 Н, ми отримаємо виграш в силі, рівний 2.

Для розрахунку виграшу в силі, одержуваного за допомогою важеля, слід знати правило, відкрите Архімедом ще в III в. до н. е. Для встановлення цього правила виконаємо досвід. Зміцнимо на штативі важіль і по обидва боки від осі обертання прикріпимо до нього вантажі (рис. 49). Діючі на важіль сили F1 і F2 дорівнюватимуть ваг цих вантажів. З досвіду, зображеного на малюнку 49, видно, що якщо плече однієї сили (т. Е. Відстань OA) в 2 рази перевищує плече іншої сили (відстань OB), то силою 2 Н можна врівноважити в 2 рази більшу силу - 4 Н.

Отже, для того щоб врівноважити меншою силою велику силу, необхідно, щоб її плече перевищувало плече більшої сили. Виграш в силі, одержаний за допомогою важеля, визначається відношенням плечей прикладених сил. У цьому полягає правило важеля.

Позначимо плечі сил через l1 і l2 (рис. 50). Тоді правило важеля можна представити у вигляді такої формули:

Ця формула показує, що важіль знаходиться в рівновазі, якщо додані до нього сили обернено пропорційні їх плечах.

Важіль почав застосовуватися людьми в далекій давнині. З його допомогою вдавалося піднімати важкі кам'яні плити при будівництві пірамід в Давньому Єгипті (рис. 51). Без важеля це було б неможливо. Адже, наприклад, для зведення піраміди Хеопса, має висоту 147 м, було використано більше двох мільйонів кам'яних брил, найменша з яких мала масу 2,5 т!

У наш час важелі знаходять широке застосування як на виробництві (наприклад, підйомні крани), так і в побуті (ножиці, кусачки, ваги і т. Д.).

1. Що являє собою важіль? 2. У чому полягає правило важеля? Хто його відкрив? 3. Чим відрізняється важіль 1-го роду від важеля 2-го роду? 4. Наведіть приклади застосування важелів. 5. Розгляньте малюнки 52, а і 52, б. В якому випадку вантаж нести легше? Чому?
Експериментальне завдання. Покладіть під середину лінійки олівець так, щоб лінійка була в рівновазі. Не змінюючи взаємного розташування лінійки і олівця, уравновесьте иа отриманому важелі одну монету з одного боку і стопку з трьох таких же монет з іншого боку. Виміряйте плечі прикладених (з боку монет) сил і перевірте правило важеля.