Номер 30.10, страница 110 - гдз по физике 7-9 класс сборник задач Лукашик, Иванова

Глава 4. Работа и мощность. Простые механизмы. Энергия. Параграф 30. Рычаги. Момент силы - номер 30.10, страница 110.

Условие.

30.10 [н] К рычагам 1-го рода (рычагам равновесия) относятся такие двуплечные рычаги, у которых опора располагается между точками приложения сил. Найдите их на рисунке IV-14. Всегда ли рычаг 1-го рода даёт выигрыш в силе? От чего это зависит? Приведите примеры рычага 1-го рода.

Рис. IV-14

Решение 4.

Решение 7.

Рычаг 1-го рода — это рычаг, у которого точка опоры находится между точками приложения сил. На рисунке IV-14 к рычагам 1-го рода относятся:

• а) Весы. Точка опоры находится в центре, а силы (вес груза и сила руки) приложены по краям.
• е) Качели. Точка опоры — центральная стойка, а дети, создающие нагрузку, сидят по обе стороны от неё.
• ж) Лабораторный рычаг с динамометром. Точка опоры в центре, слева действует вес грузов, справа — сила упругости пружины динамометра.
• з) Ручной водяной насос (колонка). Точка опоры — шарнир, соединяющий рукоятку с корпусом насоса. Сила руки приложена к концу рукоятки, а сила сопротивления поршня — к другому концу рычага через шток.

Ответ: На рисунке рычагами 1-го рода являются устройства, изображенные под буквами а), е), ж), з).

Всегда ли рычаг 1-го рода даёт выигрыш в силе?

Нет, рычаг 1-го рода не всегда даёт выигрыш в силе. Выигрыш в силе зависит от соотношения плеч рычага — расстояний от точки опоры до точек приложения сил. Условие равновесия рычага описывается формулой: $F_1 \cdot l_1 = F_2 \cdot l_2$, где $F_1$ и $F_2$ — приложенные силы, а $l_1$ и $l_2$ — их плечи.

Выигрыш в силе получается, когда сила, которую мы прикладываем ($F_1$), меньше силы, которую мы преодолеваем ($F_2$). Из формулы равновесия следует, что отношение сил равно обратному отношению плеч: $\frac{F_2}{F_1} = \frac{l_1}{l_2}$.

• Если плечо приложенной силы больше плеча силы сопротивления ($l_1 > l_2$), то мы получаем выигрыш в силе ($F_1 < F_2$).
• Если плечо приложенной силы меньше плеча силы сопротивления ($l_1 < l_2$), то мы получаем проигрыш в силе ($F_1 > F_2$), но выигрыш в расстоянии.
• Если плечи равны ($l_1 = l_2$), то и силы равны ($F_1 = F_2$), и выигрыша в силе нет (например, равноплечие весы на рис. а).

Ответ: Нет, не всегда. Рычаг 1-го рода даёт выигрыш в силе только тогда, когда плечо силы, которую прикладывает человек (или механизм), длиннее плеча силы, которую нужно преодолеть.

От чего это зависит?

Выигрыш или проигрыш в силе зависит от соотношения длин плеч рычага. Плечо силы — это кратчайшее расстояние от точки опоры до линии действия силы. Выигрыш в силе определяется отношением длинного плеча к короткому.

Ответ: Выигрыш в силе зависит от отношения длин плеч рычага (отношения расстояний от точки опоры до точек приложения сил).

Приведите примеры рычага 1-го рода.

Примерами рычагов 1-го рода в быту и технике являются:

• Ножницы (точка опоры — винт, соединяющий лезвия).
• Плоскогубцы или кусачки (точка опоры — шарнир).
• Лом, используемый для подъема тяжестей с подложенным под него камнем или бруском (камень — точка опоры).
• Качели-балансир на детской площадке.
• Весло лодки, если рассматривать уключину как точку опоры. Сила гребца приложена к рукоятке, а сила сопротивления воды — к лопасти весла.

Ответ: Ножницы, плоскогубцы, лом (с опорой посередине), качели-балансир, весло с уключиной.