Номер 4, страница 110 - гдз по физике 7 класс учебник Пурышева, Важеевская

4. Объясните принцип действия щипцов (рис. 92). Какие преобразования силы здесь происходят?

Рис. 92

Принцип действия щипцов

Щипцы для колки орехов, показанные на рисунке, являются простым механизмом, который работает по принципу рычага. Конкретно, это два соединенных вместе рычага второго рода. Ось вращения (точка опоры) для каждого рычага находится в месте их соединения (шарнир). Орех, который нужно расколоть, помещается между осью вращения и точками, к которым прикладывается сила. Сила прикладывается руками человека к концам рукояток.

Какие преобразования силы здесь происходят?

Данный механизм используется для получения выигрыша в силе. Это означает, что сила, с которой щипцы действуют на орех, значительно больше силы, которую человек прикладывает к рукояткам. Это преобразование силы основано на правиле моментов для рычага. Момент силы ($M$) определяется как произведение силы ($F$) на ее плечо ($d$), то есть $M = F \cdot d$. В момент, когда орех раскалывается, момент силы, приложенной к рукояткам ($M_1$), равен моменту силы сопротивления ореха ($M_2$):

$M_1 = M_2$

или

$F_1 \cdot d_1 = F_2 \cdot d_2$

Здесь $F_1$ — это сила, приложенная руками, а $d_1$ — плечо этой силы (расстояние от оси вращения до точки на рукоятке, куда приложена сила). $F_2$ — это сила, действующая на орех, а $d_2$ — плечо силы сопротивления (расстояние от оси вращения до ореха).

Из этого соотношения видно, что выигрыш в силе, то есть отношение $F_2 / F_1$, равен отношению плеч:

$\frac{F_2}{F_1} = \frac{d_1}{d_2}$

Поскольку у щипцов длина рукояток ($d_1$) значительно больше, чем расстояние от оси до ореха ($d_2$), то и сила, действующая на орех ($F_2$), во столько же раз превосходит силу, приложенную руками ($F_1$). Таким образом, происходит преобразование малой силы в большую.

Ответ: Принцип действия щипцов основан на правиле рычага. Они представляют собой рычаг второго рода, который дает выигрыш в силе. Происходит преобразование малой силы, приложенной к длинным рукояткам, в большую силу, которая действует на орех, расположенный на коротком расстоянии от оси вращения. Выигрыш в силе пропорционален отношению длинного плеча (рукоятки) к короткому (расстояние от оси до ореха).