Номер 3, страница 114 - гдз по физике 7 класс учебник Пурышева, Важеевская

3. Объясните действие рычага на каком- либо примере.

3. Объясните действие рычага на каком-либо примере.

Рычаг — это твердое тело, которое может вращаться вокруг неподвижной опоры. Действие рычага основано на правиле моментов, которое позволяет получить выигрыш в силе. Это означает, что с помощью рычага можно поднять или сдвинуть тяжелый предмет, приложив к нему силу, значительно меньшую, чем вес этого предмета.

Условие равновесия рычага гласит: рычаг находится в равновесии, когда моменты сил, вращающих его в одном направлении (например, по часовой стрелке), равны моментам сил, вращающих его в противоположном направлении (против часовой стрелки). Момент силы $M$ — это физическая величина, равная произведению модуля силы $F$ на ее плечо $l$:

$M = F \cdot l$

Плечо силы — это кратчайшее расстояние от точки опоры до линии действия силы. Для равновесия рычага, на концы которого действуют две силы $F_1$ и $F_2$, должно выполняться равенство их моментов:

$F_1 \cdot l_1 = F_2 \cdot l_2$

где $l_1$ и $l_2$ — плечи этих сил соответственно.

Рассмотрим действие рычага на простом и наглядном примере: поднятие тяжелого камня с помощью лома. В этой ситуации:

1. Лом является рычагом.

2. Небольшой камень или деревянный брусок, подложенный под лом, служит точкой опоры.

3. Вес тяжелого камня, который нужно поднять, создает силу сопротивления $F_2$. Расстояние от точки опоры до камня — это короткое плечо $l_2$.

4. Сила $F_1$, с которой человек давит на другой, длинный конец лома, является движущей силой. Расстояние от точки опоры до точки приложения этой силы — это длинное плечо $l_1$.

Чтобы поднять камень, нужно приложить такую силу $F_1$, чтобы ее момент был как минимум равен моменту силы тяжести камня. Из правила равновесия рычага $F_1 \cdot l_1 = F_2 \cdot l_2$ следует, что $F_1 = F_2 \cdot \frac{l_2}{l_1}$. Поскольку в нашем примере плечо, к которому прикладывает силу человек, намного длиннее плеча, на котором лежит камень ($l_1 > l_2$), то отношение $\frac{l_2}{l_1}$ будет меньше единицы. Следовательно, для поднятия камня потребуется сила $F_1$, которая меньше веса камня $F_2$.

Например, если длинное плечо в 5 раз больше короткого ($l_1 = 5 \cdot l_2$), то для поднятия камня потребуется приложить силу, в 5 раз меньшую его веса. В этом случае говорят, что рычаг дает выигрыш в силе в 5 раз.

Ответ: Действие рычага основано на правиле моментов ($F_1 \cdot l_1 = F_2 \cdot l_2$), согласно которому, приложив меньшую силу к длинному плечу рычага, можно уравновесить или преодолеть большую силу, действующую на его коротком плече. Это позволяет получить выигрыш в силе. Классический пример — использование лома для поднятия тяжелого камня. Лом выступает в роли рычага, под него подкладывают точку опоры. Нажимая на длинный конец лома (длинное плечо), человек с относительно небольшим усилием поднимает тяжелый камень, находящийся на коротком конце (коротком плече). Выигрыш в силе при этом равен отношению длинного плеча к короткому.