Важіль як простий механізм

Важелем називають будь-яке тверде тіло, здатне обертатися навколо нерухомої точки. Ця точка називається опорою важеля, вона може розташовуватися в центральній частині важеля, у його краї та ін. З цього випливає, що важелі бувають різними.

Одним з наочних уявлень про важіль, можуть послужити гойдалки, в яких дошка перекинута через нерухому підноситься над землею опору. Тут точка опори важеля знаходиться в центральній частині дошки, де дошка стосується опори. Навколо цієї опори гойдаються гойдалки.

Коли людина ломом намагається підняти який-небудь фізичний об’єкт, наприклад, висмикнути цвях, то лом також виступає у вигляді важеля. В даному випадку точкою опори буде місце, де лом торкається землі.

На важіль діють дві сили. На малюнку зображений важіль у вигляді гойдалок. Кубики своєю вагою діють на важіль у певних його точках силами спрямованими вниз. Ці сили намагаються обертати важіль у різні сторони (за годинниковою стрілкою і проти).

Приклад важеля
Відстані від місця докладання сил до опори важеля називається плечима важеля. Зрозуміло, що у важеля два плеча. На малюнку це ділянки «дошки» від того місця, де знаходяться кубики, до точки опори. Довжина одного плеча дорівнює D1, іншого – D2.

Як відомо, прості механізми використовуються для того, щоб отримати виграш у силі (рідше – виграш у відстані). Це означає, що прикладаючи меншу силу, можна отримати більшу. У разі важеля до одного його плеча прикладають меншу силу, а на іншому плечі отримують більшу.

Виграш в силі завжди досягається за рахунок програшу в відстані. Тому якщо до одного плеча важеля прикладається менша сила, то треба, щоб це плече пройшло більший шлях. Тобто вчинила довший оборот навколо опори важеля. Щоб це сталося, плече має бути довшим, ніж те, де прикладається сила більше.

Важіль знаходиться в рівновазі, коли твір довжини плеча і діючої на нього сили дорівнює добутку довжини іншого плеча і діючої на це інше плече сили:

F1l1 = F2l2

Тут F1 і F2 – це діючі сили, а l1 і l2 – довжини плечей.
Звідси випливає, що змінюючи довжини плечей важеля можна врівноважувати різні сили. Або змінюючи сили, врівноважувати різні плечі.

Формулу можна записати по-іншому:

F1 / F2 = l2 / l1

У такому випадку говорять, що ставлення прикладених сил обернено пропорційно довжинам плечей важеля.

Посилання на основну публікацію