Условие равновесия: Ошибка 403

Содержание

Условия равновесия рычага — формула, правило

Покажем, как применять знание физики в жизни

Начать учиться

Палящее солнце освещает пустыню, но она отнюдь не безлюдна. Миллионы людей строят великую пирамиду Хеопса! Работа изнуряющая, тяжелая, но есть необычный механизм, который позволяет выполнить строительство в срок. Рабочие говорят, что это — подарок богов, который ниспослан им для священного дела: это устройство способно поднять огромный каменный столб усилиями всего пяти строителей.

Представили эту картину? Впечатляюще, правда? Как вы думаете, механизм, о котором идет речь, действительно волшебный или же его действие основано на физических законах?

Сегодня мы разгадаем эту загадку, а еще узнаем:

какие механизмы использовали древние строители;
что такое рычаг и где он применяется;
что такое плечо рычага и момент силы;
закон равновесия рычага и золотое правило механики.

Будет интересно, мы обещаем!

Простые механизмы

Строительство домов, памятников, дворцов и фонтанов — дело не из простых, поэтому еще в древние времена люди изобрели механизмы, которые позволяли упростить процесс.

Простые механизмы — это устройства, которые позволяют изменить величину или направление приложенных к ним сил.

В общем случае простой механизм позволяет затратить меньше усилий для выполнения работы, приложить меньшую силу, получив при этом значительный результат.

К простым механизмам относятся рычаги (на основе которых были созданы блоки и ворот), а также наклонная плоскость, принцип действия которой был заложен в работу клина и винтов.

Обычно простые механизмы — это элементы более сложных устройств, которые используются в быту и промышленности. Без них выполнять такую работу, как поднятие тяжелых предметов на высоту, было бы невозможно.

Полезные подарки для родителей

В колесе фортуны — гарантированные призы, которые помогут наладить учебный процесс и выстроить отношения с ребёнком!

Рычаг в физике

Рычаг — это твердое тело, которое может вращаться вокруг неподвижной опоры.

Самый простой пример рычага вы могли видеть в мультфильмах или фильмах: герой подставляет большую доску под камень, опирает ее на бочку или ведро, прикладывает силу к краю доски и… поднимает камень! С помощью такой конструкции можно приподнять любой предмет, весь секрет только в расположении опоры (оси вращения) и правильном распределении усилия.

На рисунке представлен демонстрационный рычаг. — точка опоры, слева и справа от которой подвешены грузы. Заметим, что количество грузов неравное, но рычаг остается в положении равновесия.

Но главное назначение рычага — не быть в равновесии, а давать выигрыш в силе. Каким образом? Все дело в том, что на рычаг могут действовать разные по величине силы, и точки приложения этих сил располагаются на разном расстоянии от точки опоры. Правильно распределив силы и подобрав расстояние до опоры, можно поднять груз, вес которого намного больше, чем сила, приложенная для его подъёма.

Плечо силы рычага

Плечо силы рычага — это кратчайшее расстояние от точки опоры до точки приложения силы.

На рисунке, который мы рассмотрели, отрезки и являются плечом сил и соответственно.

Чтобы найти плечо, необходимо из точки опоры опустить перпендикуляр на линию действия силы, длина этого перпендикуляра является плечом данной силы.

Условие равновесия рычага

В каком случае рычаг находится в равновесии? Как необходимо расположить точки приложения сил, чтобы достигнуть этого состояния? Это условие было сформулировано еще много столетий назад.

Рычаг будет находится в равновесии, если силы, действующие на него, обратно пропорциональны плечам этих сил:

, где и — приложенные к рычагу силы, и — плечи сил и соответственно.

Давайте еще раз рассмотрим рисунок:

Предположим, вес одного груза — , а единичный отрезок равен 1 м. Тогда м, м:

Момент силы и рычаги

Правило равновесия рычагов можно переписать, используя понятие «момент силы». Но что это такое?

Момент силы — это произведение величины силы на ее плечо.

В теме 7 класса «Рычаги в физике» вы также можете встретить и другое определение.

Момент силы — физическая величина, характеризующая действие силы на объект, которое вызывает его вращательное движение.

Простыми словами, момент силы — это величина, которая дает характеристику вращательному усилию.

Представьте, что вам необходимо закрутить гайку с помощью гаечного ключа. Вы берете ключ, причем автоматически перемещаете руки на его крайнюю часть — так выполнять действие намного проще. Говоря физическим языком, вы увеличиваете плечо силы, чтобы не прикладывать много усилий для закручивания гайки. А еще таким образом вы увеличиваете величину момента вращения.

В физике момент силы обозначается буквой а измеряется в Формула момента силы:

Преобразуем условие равновесия рычагов, умножив накрест по основному свойству пропорции:

а так как то

А значит, сформулировать условие равновесия рычага можно так: рычаг будет находиться в равновесии, когда моменты сил, приложенных к его разным концам, равны.

Задачи

Закрепим пройденный материал, решив парочку задач.

Задача 1

Длина меньшего плеча рычага — 0,05 м, большего — 0,8 м. На меньшее плечо действует 16 H. Какую силу нужно приложить к большему плечу, чтобы уравновесить рычаг (весом рычага можно пренебречь)?

Дано:

Решение:

Запишем формулу равновесия рычага и преобразуем ее, выразив :
Подставим исходные значения и найдем большую силу:

Найти:

— ?

Ответ: 1H

Задача 2

На концах невесомого рычага действуют силы 50 и 250 Н. Расстояние от точки опоры до меньшей силы равно 0,06 м. Определи длину плеча большей силы, если рычаг находится в равновесии.

Дано:

Решение:

Запишем условие равновесия рычага и преобразуем его, выразив :

Подставим исходные значения и найдем длину плеча большей силы:

Найти:

— ?

Ответ: 0,012 м.

Золотое правило механики

Как мы видим, рычаги могут дать значительный выигрыш в силе. Этим свойством пользовались древние строители, когда возводили монументальные сооружения. Но помимо выгоды, есть и достаточно плохая новость: чем больший выигрыш в силе нам нужно получить, тем значительнее должны отличаться плечи сил.

Представьте, что вам необходимо поднять камень в тонну при вашей массе 50 кг. Силы отличаются в 200 раз! А значит, и плечи сил должны отличаться во столько же. Если между камнем и точкой опоры будет 0,5 метра, то расстояние от вас до точки опоры должно быть не менее 100 метров. Придется очень потрудиться, чтобы найти доску такой длины.

Золотое правило механики гласит: во сколько раз мы выигрываем в силе, во столько же раз проигрываем в расстоянии.

Применение рычагов

Рычаги встречаются нам ежедневно в обычной жизни, просто до изучения этой темы вы могли их не замечать. Так, ножницы, щипцы для раскалывания орехов, пинцет, механические весы и весло в лодке являются типичными рычагами: у них есть явная точка опоры и плечи сил.

В теле человека тоже есть система рычагов. К ним можно отнести кости рук, ног, пальцев и даже челюсть и череп. Мышцы руки, такие как бицепс и трицепс, тоже можно назвать рычагами: они участвуют во многих движениях, поочередно растягиваясь и сжимаясь.

Виды рычагов

Рычаги делятся на три вида по своему строению. Рассмотрим каждый из них.

В рычаге первого типа точки приложения сил лежат по разные стороны от точки опоры, силы направлены в одну сторону. Одна из сил стремится повернуть рычаг по часовой стрелке, другая — против часовой стрелки.

Примеры: лом, пила, ножницы, плоскогубцы, детские качели.

В рычаге второго рода обе точки приложения сил лежат по одну сторону от точки опоры, причем одна из сил имеет меньшее плечо. Примером такого рычага является обычная садовая тачка: чтобы поднять груз, находящийся в ней, необходимо направить нашу силу вверх, чуть приподнимая тачку.

Еще к рычагам второго типа можно отнести щипцы для колки орехов, ключ для открывания бутылок.

В рычаге третьего типа обе точки приложения сил лежат по одну сторону от точки опоры, но тело, которое необходимо поднять, имеет большее плечо силы. Чтобы поднять такое тело, нам необходимо приложить силу, во много раз превышающую вес груза. К таким рычагам можно отнести ложку, метлу, заднюю дверь багажника и капот легковых автомобилей.

Великий греческий ученый Архимед как-то сказал: «Дайте мне точку опоры, и я сдвину (переверну) Землю!». Имел ли он в виду, что может действительно создать такой масштабный рычаг, сейчас никто не подтвердит. Но мы точно знаем: уверенность в своих силах и знаниях позволит вам справиться с любым сложным делом. Именно такую уверенность дают онлайн-курсы физики в школе Skysmart. Записывайтесь на уроки, и тогда все вам будет нипочем: и школьные уроки физики, и лабораторные работы, и даже олимпиады. И тогда вы, как и Архимед, сможете сказать про себя: я могу сдвинуть даже Землю!💪

Дарья Вишнякова

К предыдущей статье

Как подготовиться к ОГЭ по физике

К следующей статье

Как подготовиться к ЕГЭ по физике

Получите индивидуальный план обучения физике на бесплатном вводном уроке

На вводном уроке с методистом

Выявим пробелы в знаниях и дадим советы по обучению
Расскажем, как проходят занятия
Подберём курс

Статика. условия равновесия. Виды равновесия.

Основные ссылки

CSS adjustments for Marinelli theme

Объединение учителей Санкт-Петербурга

Форма поиска

Поиск

Вы здесь

Главная » Статика. условия равновесия. Виды равновесия.

СТАТИКА. УСЛОВИЯ РАВНОВЕСИЯ ТЕЛ.
*Статика —* раздел механики, в котором рассматривается равновесие тел. Равновесие тел — состояние механической системы, в которой тела остаются неподвижными по отношению к выбранной системе отсчета.
Равновесие тел при отсутствии вращения (линии действия сил пересекаются в одной точке): Векторная сумма всех сил, действующих на тело, равна нулю(алгебраическая сумма проекций всех сил на любую ось равна нулю). или
Момент силы — равен произведению силы на плечо: Плечо силы — расстояние от оси вращения до линии действия силы. (обозначают буквами ℓ или d). Момент силы, вращающий тело против часовой стрелки, считают положительным, по часовой стрелке — отрицательным.
Центр масс — точка, через которую должна проходить линия действия силы, чтобы под действием этой силы тело двигалось поступательно. Центр тяжести — точка приложения силы тяжести, действующей на тело. В однородном поле тяготения центр тяжести и центр масс совпадают.
Рычаг (Архимед). Разновидности рычага: блок, ворот. Условие равновесия рычага: отношение сил обратно пропорционально отношению плеч этих сил. «Золотое правило механики»: выигрывая в силепроигрываешь в расстоянии.
Равновесие тел при отсутствии вращения (линии действия сил не пересекаются в одной точке): 1. Векторная сумма всех сил, действующих на тело, равна нулю; 2. Алгебраическая сумма моментов всех сил, действующих на тело, относительно любой точки равна нулю.
Т.е.
ПАРА СИЛ: Момент пары: Пару нельзя уравновесить одной силой (равной величины)! Примеры: завинчивание гайки гаечным ключом, вращение рамки с током в магнитном поле и т.д.
Виды равновесия: Устойчивое: При малом отклонении тела от положения равновесия возникает сила, стремящаяся возвратить тело в исходное состояние.
Безразличное: При малом отклонении тело остается в равновесии.
Неустойчивое: При малом отклонении тела из положения равновесия возникают силы, стремящиеся увеличить это отклонение.
В положении устойчивого равновесия тело обладает минимальной потенциальной энергией. При выведении тела из этого положения его потенциальная энергия увеличивается. Если работу над телом совершает только сила тяжести, то в положении устойчивого равновесия центр тяжести тела находится на наименьшей высоте. *Все тела стремятся к минимуму потенциальной энергии. (Потенциальная яма).*
Равновесие тел на опоре: линия действия силы тяжести проходит через площадь опоры (Пизанская башня). Чем ниже центр тяжести, тем более устойчиво равновесие.

Теги:

конспект

Условия равновесия – объяснение первого и второго условий с примерами

Что означает статическое равновесие?

Слово «равновесие» подразумевает баланс. В частности, статическое равновесие предполагает, что система устойчива и находится в состоянии покоя. Однако для полной балансировки чистый крутящий момент также должен быть равен нулю.

Пример статического равновесия

Рассмотрим диаграмму свободного тела (FBD) на данном рисунке.

Мы видим, что на гладкой плоской поверхности лежит палка, на которую действуют две равные и противоположно направленные силы. Видно, что горизонтальные силы ∑F _x = F _netx = 0 и вертикальные силы ∑F _y = F _nety = 0, следовательно, палка либо покоится, либо движется с постоянной скоростью.

Теперь приложим усилия к концам палки.

Из рисунка видно, что силы -F и F заставят стержень вращаться с угловой скоростью, поскольку обе силы действуют так, чтобы вращать стержень метра в одном и том же направлении против часовой стрелки. На палку действует чистый крутящий момент.

Подобно тому, как объект в поступательном равновесии может находиться в состоянии покоя или двигаться с постоянной поступательной скоростью, объект в вращательном равновесии также может вращаться с постоянной угловой скоростью. В этой статье основное внимание будет уделено статическому равновесию и условиям, которые необходимо выполнить для достижения статического равновесия.

При каких условиях тело находится в статическом равновесии?

Два условия равновесия должны быть выполнены, чтобы гарантировать, что объект остается в статическом равновесии. Во-первых, чистая сила, действующая на объект, должна быть равна нулю. Во-вторых, чистый крутящий момент, действующий на объект, также должен быть равен нулю. Другими словами, должны выполняться условия как статического поступательного, так и статического вращательного равновесия.

Первое условие равновесия

Первое условие равновесия гласит, что для того, чтобы объект оставался в равновесии, суммарная сила, действующая на него во всех направлениях, должна быть равна нулю.

Приведенное выше утверждение просто означает, что тело не должно испытывать ускорение. В виде уравнения первое условие равновесия обозначается следующим образом:

F _нетто = 0

Вышеприведенное условие верно как для статического равновесия, когда скорость объекта равна нулю, так и для динамического равновесия, когда объект движется с постоянной скоростью.

На картинке ниже мы видим неподвижного человека в статическом равновесии. Как видно из изображения, силы, действующие на него, в сумме равны нулю.

На изображении ниже мы видим, что автомобиль находится в динамическом равновесии, поскольку движется с постоянной скоростью. Существуют горизонтальные и вертикальные силы, но результирующая внешняя сила в любом направлении равна нулю.

Второе условие равновесия

Второе условие равновесия гласит, что чистый крутящий момент, действующий на объект, должен быть равен нулю.

Если тело не достигает равновесия даже при выполнении первого условия равновесия, это происходит потому, что оно стремится вращаться. Эта ситуация требует еще одного условия в дополнение к первому условию равновесия. Тело удовлетворяет второму условию равновесия, когда результирующий момент, действующий на него, равен нулю. Математически это представляется как:

∑ τ = 0

Крутящий момент — вращательный эквивалент силы. Величина крутящего момента определяется уравнением:

τ = rFsinθ

Где τ — символ крутящего момента, r — расстояние от точки вращения до точки приложения силы, F — величина силы, а θ — угол между силой и вектором, направленным из точки приложение к точке опоры.

Двое детей, балансирующих на качелях, удовлетворяют обоим условиям равновесия. На изображении мы видим, что более легкий ребенок сидит дальше от оси вращения, чтобы создать крутящий момент, равный по величине крутящему моменту более тяжелого ребенка.

Часто задаваемые вопросы – Часто задаваемые вопросы

Какие условия необходимы для статического равновесия?

Для достижения полного статического равновесия система должна обладать как вращательным, так и поступательным равновесием.

Что означает статическое равновесие?

Статическое равновесие — это термин, используемый для предположения, что система устойчива и находится в состоянии покоя.

Что такое крутящий момент?

Крутящий момент является вращательным эквивалентом силы. Величина крутящего момента определяется уравнением:
τ = rFsinθ

Какое первое условие равновесия?

Первое условие равновесия гласит, что для того, чтобы объект оставался в равновесии, суммарная сила, действующая на него во всех направлениях, должна быть равна нулю.

Какое второе условие равновесия?

Второе условие равновесия гласит, что чистый крутящий момент, действующий на объект, должен быть равен нулю.

Следите за новостями BYJU’S и Влюбитесь в обучение !

Химическое равновесие | Определение, уравнение и факты

Ключевые люди:: Вильгельм Оствальд Якобус Хенрикус ван ’т Хофф Густав Тамманн Александр Уильям Уильямсон

Похожие темы:: принцип микроскопической обратимости ионный продукт константа равновесия Точка эквивалентности кислотно-щелочное равновесие

См. весь соответствующий контент →

химическое равновесие , состояние в ходе обратимой химической реакции, при котором не происходит суммарного изменения количества реагентов и продуктов. Обратимая химическая реакция – это реакция, в которой продукты, как только они образуются, вступают в реакцию с образованием исходных реагентов. В равновесии две противоположные реакции протекают с одинаковыми скоростями или скоростями, и, следовательно, нет никакого чистого изменения в количествах вовлеченных веществ. В этот момент реакцию можно считать завершенной; т. е. при заданных условиях реакции достигается максимальное превращение реагентов в продукты.

Условиям, относящимся к равновесию, можно дать количественную формулировку. Например, для обратимой реакции A ⇋ B + C скорость реакции вправо r ₁ определяется математическим выражением (основанным на законе действующих масс) r ₁ = k ₁ ( A ), где k ₁ – константа скорости реакции, а символ в скобках обозначает концентрацию А . Скорость реакции слева r ₂ равна r ₂ = k ₂ ( B )( C ). В равновесии r ₁ = r ₂ , следовательно: