Номер 2, страница 115 - гдз по физике 7 класс учебник Пурышева, Важеевская

2. На рисунке 100 изображены кусачки, железнодорожный шлаг-баум, тормозная педаль автомобиля и подъёмный кран. Укажите точку опоры и плечи сил у этих рычагов. В каких случаях эти механизмы используются для получения выигрыша в силе, а в каких — для выигрыша в расстоянии?

Кусачки

Точкой опоры у кусачек является шарнир, соединяющий две рукоятки. Сила руки прикладывается к рукояткам (это приложенная сила $F_1$), а сила сопротивления возникает со стороны перерезаемого предмета (например, проволоки) на режущих кромках ($F_2$). Плечо приложенной силы $d_1$ — это расстояние от шарнира до точки захвата рукоятки рукой. Плечо силы сопротивления $d_2$ — это расстояние от шарнира до режущей кромки. В конструкции кусачек рукоятки всегда делают значительно длиннее режущей части, то есть $d_1 > d_2$. Согласно правилу рычага $F_1 d_1 = F_2 d_2$, выигрыш в силе равен отношению плеч $F_2/F_1 = d_1/d_2$. Так как $d_1 > d_2$, кусачки дают выигрыш в силе.

Ответ: Точка опоры — шарнир; плечо приложенной силы (на рукоятке) больше плеча силы сопротивления (на режущей части); механизм используется для получения выигрыша в силе.

Железнодорожный шлагбаум

Точкой опоры является ось вращения, закрепленная на опорной стойке. Шлагбаум представляет собой рычаг, у которого длинная часть (стрела) перекрывает дорогу, а на короткой части находится противовес. Управляющая сила прикладывается к короткому концу рычага (или к системе, связанной с ним), чтобы поднять или опустить длинный конец. Плечо силы, поднимающей шлагбаум, ($d_1$) намного короче плеча, на котором находится свободный конец стрелы ($d_2$). Хотя противовес компенсирует вес стрелы, делая необходимое усилие небольшим, кинематически этот рычаг обеспечивает выигрыш в расстоянии: небольшое перемещение короткого конца приводит к большому вертикальному перемещению дальнего конца стрелы. Это необходимо, чтобы быстро и высоко поднять шлагбаум, освобождая проезд.

Ответ: Точка опоры — ось вращения на стойке; плечо приложенной силы (короткая часть с противовесом) меньше плеча, проходимого концом стрелы (длинная часть); механизм используется для получения выигрыша в расстоянии.

Тормозная педаль автомобиля

Точкой опоры является ось, вокруг которой поворачивается педаль, расположенная в ее верхней части. Сила ноги водителя ($F_1$) прикладывается к площадке педали, на значительном расстоянии от точки опоры (плечо $d_1$). Педаль толкает шток главного тормозного цилиндра, создавая силу сопротивления ($F_2$). Точка соединения штока с рычагом педали находится гораздо ближе к оси вращения (плечо $d_2$). Таким образом, плечо приложенной силы значительно больше плеча силы сопротивления: $d_1 > d_2$. Это дает существенный выигрыш в силе ($F_2/F_1 > 1$), что позволяет водителю с помощью умеренного усилия ноги создавать большое давление в гидравлической тормозной системе.

Ответ: Точка опоры — ось вращения педали; плечо приложенной силы (до площадки педали) больше плеча силы сопротивления (до штока цилиндра); механизм используется для получения выигрыша в силе.

Подъёмный кран

Если рассматривать стрелу крана как рычаг, то ее точкой опоры является место крепления к поворотной башне. На одном, коротком, плече стрелы располагается противовес, а на другом, длинном, — поднимаемый груз. Однако подъёмный кран — это сложная машина. Его главная задача — поднимать грузы, масса которых во много раз превышает силу тяги двигателя. Этот многократный выигрыш в силе достигается не только за счет принципа рычага (балансировка с помощью противовеса), но и, в основном, за счет использования систем блоков (полиспастов) и понижающих редукторов в механизме лебедки. Таким образом, вся система крана спроектирована для получения максимального выигрыша в силе.

Ответ: Точка опоры — место крепления стрелы к башне; кран в целом является сложной системой (рычаги, блоки, редукторы), которая используется для получения выигрыша в силе.