Плечо силы

ПЛЕЧО СИЛЫ

Рассмотрим простой пример действия силы. Легко открыть дверь, приложив небольшую силу к дверной ручке. Но потребуется значительная сила, если мы захотим открыть дверь, приложив эту силу вблизи от оси вращения двери. Значит, результат действия силы на тело, имеющего неподвижную ось вращения, зависит не только от модуля силы и её направления, но и от того, на каком расстоянии от оси вращения эта сила приложена. Это расстояние называют плечом силы.

Для рычага плечом силы является кратчайшее расстояние между точкой опоры и прямой, вдоль которой действует на рычаг сила. Чтобы найти плечо силы, надо из точки опоры опустить перпендикуляр на А линию действия силы. Например, для рычага, изображённого на рисунке, плечо силы F₁ — это отрезок ОА длиной l₁, а плечо силы F₂ — отрезок OB длиной l₂.

Силы, действующие на рычаг, могут повернуть его вокруг оси в двух направлениях: по ходу или против хода часовой стрелки.

РАВНОВЕСИЕ РЫЧАГА

Если движение, вызываемое простым механизмом, происходит медленно и если силы трения малы, то можно считать, что роль этих приспособлений сводится к тому, чтобы уравновесить большие силы, препятствующие движению, меньшими силами. Это можно установить на опыте. Нам понадобится рычаг с отверстиями, проделанными на равных расстояниях друг от друга, и набор одинаковых гирек. Подвесим слева на определённом расстоянии l₁ от точки опоры рычага шесть гирек. Если вес каждой из гирек равен 1 H, то слева на рычаг действует сила F₁, равная 6 H. Можно привести рычаг в равновесие различными способами. В частности, силу, равную 6 Н, мы можем уравновесить силой F₂, равной 3 H. При этом плечо l₂ этой силы окажется в 2 раза больше.

Проведённый опыт позволяет установить правило равновесия рычага — рычаг находится в равновесии тогда, когда равны произведения F₁l₁ = F₂l₂.

МОМЕНТ СИЛЫ И ПРАВИЛО МОМЕНТОВ

Произведение модуля силы, действующей на тело, на её плечо называют моментом силы: М = Fl. За единицу момента силы принимают момент силы в 1 Н, плечо которой равно 1 м. Эту единицу называют ньютон-метром: 1 Нм.

Рычаг находится в равновесии, если силы, действующие на него, обратно пропорциональны плечам этих сил: F₁/F₂ = l₁/l₂ или момент силы, вращающий его по часовой стрелке, равен моменту силы, вращающей его против часовой стрелки. Это правило называют правилом моментов.