Номер 1, страница 187 - гдз по физике 7 класс учебник Пёрышкин, Иванов

Обсуди с товарищами. Параграф 53. Рычаг. Равновесие сил на рычаге. Глава 4. Работа и мощность. Энергия - номер 1, страница 187.

Условие.

1. Когда палку держат в руках за концы, то её трудно переломить. Если же середину палки положить на подставку, то переломить палку будет легче. Почему?

Решение.

Решение 2.

Это явление объясняется принципом рычага и понятием момента силы.

Когда мы пытаемся переломить палку, нам необходимо создать в точке излома достаточно большой изгибающий момент силы. Момент силы $M$ определяется как произведение приложенной силы $F$ на её плечо $d$ (кратчайшее расстояние от оси вращения до линии действия силы):

$M = F \cdot d$

Рассмотрим два случая:

1. Когда палку держат в руках за концы. В этом случае, чтобы её сломать (например, сгибая), мы прикладываем силы своими руками. Здесь нет выраженной точки опоры, и мы не используем длинный рычаг для увеличения силы. Эффективное плечо силы очень мало, поэтому для создания необходимого для излома момента силы требуется приложить очень большую силу.

2. Когда середина палки лежит на подставке. В этой ситуации палка превращается в два рычага с общей точкой опоры (фулькрумом) на подставке. Когда мы давим на концы палки, мы прикладываем силу на значительном расстоянии от точки опоры. Это расстояние — от конца палки до середины (подставки) — и есть плечо силы $d$. Оно равно половине длины палки. Благодаря большому плечу силы, даже небольшое усилие $F$, приложенное к концам, создает в центре палки (на опоре) большой изгибающий момент силы $M$. Этот момент оказывается достаточным, чтобы преодолеть прочность материала и сломать палку.

Таким образом, во втором случае мы получаем значительный выигрыш в силе за счет использования рычага.

Ответ: Когда середина палки лежит на подставке, палка работает как рычаг. Подставка является точкой опоры, а расстояние от точки приложения силы (руки) до опоры — плечом рычага. Большое плечо рычага позволяет создать значительный момент силы даже при небольшом усилии, что и приводит к излому палки. В первом же случае эффективное плечо силы мало, и для излома требуется гораздо большее усилие.