Les leviers sont répandus dans la vie de tous les jours. Il vous serait beaucoup plus difficile d'ouvrir un robinet d'eau bien vissé s'il n'avait pas une poignée de 3 à 5 cm, qui est un levier petit mais très efficace. La même chose s'applique à la clé, que vous utilisez pour desserrer ou serrer un boulon ou un écrou. Plus la clé est longue, plus il vous sera facile de dévisser cet écrou, ou inversement, plus vous pourrez le serrer. Lorsque vous travaillez avec des boulons et des écrous très gros et lourds, par exemple, lors de la réparation de divers mécanismes, voitures, machines-outils, utilisez des clés avec une poignée jusqu'à un mètre.
Un autre excellent exemple de levier dans Vie courante- la porte la plus courante. Essayez d'ouvrir la porte en la poussant près de la charnière. La porte sera très difficile à céder. Mais plus le point d'application de la force est éloigné des charnières de la porte, plus il vous sera facile d'ouvrir la porte.
Naturellement, les leviers sont également omniprésents dans la technologie. L'exemple le plus évident est le levier de vitesses dans une voiture. Le bras de levier court est la partie que vous voyez dans la cabine. Le long bras du levier est caché sous le bas de la voiture et est environ deux fois plus long que le court. Lorsque vous déplacez le levier d'une position à une autre, le bras long de la boîte de vitesses déplace les mécanismes correspondants. Ici, vous pouvez également voir très clairement comment la longueur du bras de levier, la plage de sa course et la force nécessaire pour le déplacer, se rapportent les unes aux autres.
On trouve des leviers sur un chantier : pelle, grue, brouette, ferraille.
Un exemple d'effet de levier qui donne un avantage de puissance est un coupe-papier, un coupe-fil, un coupe-métal ou une pelle.
Leviers de diverses sortes se retrouvent sur de nombreuses machines : le manche d'une machine à coudre, les pédales ou les freins à main d'un vélo, et les touches du piano sont autant d'exemples de leviers. L'échelle est également un exemple de levier.
Un exemple d'un levier qui donne une perte de force est une pagaie. Ceci est nécessaire pour gagner en distance. Plus la partie de la pagaie descendue dans l'eau est longue, plus son rayon de rotation et sa vitesse de déplacement sont grands.
Ainsi, on peut s'assurer que le mécanisme à levier est très répandu aussi bien dans notre vie de tous les jours que dans divers mécanismes.
Nous avons le droit de dire sans exagération que chacun est beaucoup plus fort que lui-même, c'est-à-dire que nos muscles développent une force beaucoup plus grande que celle qui se manifeste dans nos actions.
Un tel appareil est-il conseillé ? À première vue, comme si non - nous voyons ici une perte de puissance, qui n'est récompensée d'aucune façon. Cependant, rappelons-nous l'ancien " règle d'or"Mécanique: ce qui est perdu en force, gagné en déplacement... C'est là que se produit le gain de vitesse : nos bras bougent 8 fois plus vite que les muscles qui les contrôlent. La manière d'attacher les muscles, que l'on voit chez les animaux, confère aux membres une agilité de mouvement, plus importante dans la lutte pour l'existence que la force. Nous serions des créatures extrêmement lentes si nos bras et nos jambes n'étaient pas conçus selon ce principe.
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L'école dans le troisième décisif
Reportage
par discipline : "Physique"
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Tolokonnikov Vladimir
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Leviers dans la nature, la vie quotidienne et la technologie
Le levier est l'un des types de mécanismes les plus courants et les plus simples au monde, présent à la fois dans la nature et dans le monde créé par l'homme.
Le corps humain comme levier
Par exemple, le squelette et le système musculo-squelettique d'une personne ou de tout animal sont constitués de dizaines et de centaines de leviers. Jetons un coup d'oeil à l'articulation du coude. Le radius et l'humérus sont reliés entre eux par le cartilage, et les muscles des biceps et des triceps les rejoignent également. Nous obtenons donc les mécanismes de levier les plus simples.
Si vous tenez un haltère de 3 kg dans votre main, quel effort développe votre muscle ? La jonction de l'os et du muscle divise l'os dans un rapport de 1 à 8, donc, le muscle développe un effort de 24 kg ! Il s'avère que nous sommes plus forts que nous-mêmes. Mais le système de levier de notre squelette ne nous permet pas d'utiliser pleinement notre force.
Un exemple illustratif de plus candidature réussie Les avantages de l'effet de levier dans le système musculo-squelettique du corps sont les genoux arrière inversés chez de nombreux animaux (tous types de chats, chevaux, etc.).
Leurs os sont plus longs que les nôtres et la structure particulière de leurs pattes postérieures leur permet d'utiliser la force de leurs muscles beaucoup plus efficacement. Oui, sans aucun doute, leurs muscles sont beaucoup plus forts que les nôtres, mais leur poids est d'un ordre de grandeur supérieur.
Le cheval statistique moyen pèse environ 450 kg et peut facilement sauter à une hauteur d'environ deux mètres. Afin d'effectuer un tel saut, nous devons maîtriser les sports de sauts en hauteur, même si nous pesons 8 à 9 fois moins qu'un cheval.
Puisque nous nous sommes souvenus du saut en hauteur, considérons les options d'utilisation du levier qui ont été inventées par une personne. Saut en hauteur avec perche
un exemple très clair.A l'aide d'un levier d'environ trois mètres de long (la longueur de la perche pour sauter à une hauteur d'environ cinq mètres, donc, le long bras du levier, partant du point de courbure de la perche au moment du saut , est d'environ trois mètres) et l'application correcte de la force, l'athlète décolle à une hauteur vertigineuse allant jusqu'à six mètres.
Levier à la maison
Les leviers sont également courants dans la vie de tous les jours. Il vous serait beaucoup plus difficile d'ouvrir un robinet d'eau bien vissé s'il n'avait pas une poignée de 3 à 5 cm, qui est un levier petit mais très efficace.
La même chose s'applique à la clé, que vous utilisez pour desserrer ou serrer un boulon ou un écrou. Plus la clé est longue, plus il vous sera facile de dévisser cet écrou, ou inversement, plus vous pourrez le serrer.
Lorsque vous travaillez avec des boulons et des écrous très gros et lourds, par exemple, lors de la réparation de divers mécanismes, voitures, machines-outils, utilisez des clés avec une poignée jusqu'à un mètre.
Un autre exemple frappant de levier dans la vie quotidienne est la porte la plus courante. Essayez d'ouvrir la porte en la poussant près de la charnière. La porte sera très difficile à céder. Mais plus le point d'application de la force est éloigné des charnières de la porte, plus il vous sera facile d'ouvrir la porte.
Les leviers de la technologie
Naturellement, les leviers sont également omniprésents dans la technologie.
L'exemple le plus évidentle levier de vitesses dans la voiture. Le bras de levier court est la partie que vous voyez dans la cabine.Le long bras du levier est caché sous le bas de la voiture et est environ deux fois plus long que le court. Lorsque vous déplacez le levier d'une position à une autre, le bras long de la boîte de vitesses déplace les mécanismes correspondants.
Ici, vous pouvez également voir très clairement comment la longueur du bras de levier, la plage de sa course et la force nécessaire pour le déplacer, se rapportent les unes aux autres.
Par exemple, dans les voitures de sport, pour des changements de vitesse plus rapides, le levier est généralement réglé court et sa plage de déplacement est également réduite.
Cependant, dans ce cas, le conducteur doit faire plus d'efforts pour changer de vitesse. En revanche, dans les poids lourds, où les mécanismes eux-mêmes sont plus lourds, le levier est rallongé et sa course est également plus longue que dans une voiture particulière.
Ainsi, on peut être convaincu que le mécanisme à levier est très répandu aussi bien dans la nature que dans notre vie de tous les jours, et dans divers mécanismes.
Depuis l'Antiquité, des mécanismes simples ont souvent été utilisés de manière complexe, dans une variété de combinaisons.
Le mécanisme combiné se compose de deux ou plusieurs moteurs principaux. ce n'est pas obligatoire appareil complexe; de nombreux mécanismes assez simples peuvent également être considérés comme combinés.
Il existe de nombreux types de mécanismes simples. Il s'agit d'un levier, d'un bloc, d'un coin, d'un plan incliné et bien d'autres.
Des mécanismes simples en physique sont appelés dispositifs qui servent à transformer la force.
L'utilisation de mécanismes simples est très courante tant dans la production que dans la vie de tous les jours.
Par exemple, dans un hachoir à viande, il y a une porte (poignée), une vis (poussant la viande) et une cale (couteau-couteau).
Le plan incliné, qui permet de rouler ou de tirer des objets lourds vers le haut, est également un mécanisme simple.
Flèches montre-bracelet sont entraînés par un système de roues dentées de diamètres différents engrenant les unes avec les autres. L'un des mécanismes combinés simples les plus connus est le vérin. Le cric est une combinaison d'une vis et d'une porte.
Le plus souvent, des mécanismes simples sont utilisés afin de gagner en force, c'est-à-dire d'augmenter plusieurs fois la force agissant sur le corps.
Le levier en physique est un mécanisme simple
Un levier en physique est un corps rigide qui peut tourner autour d'un support fixe.
Un pied de biche, une planche, etc. peuvent être utilisés comme levier.
Il existe deux types de leviers. Pour un levier du premier type, le point d'appui O se situe entre les lignes d'action des forces appliquées. Les leviers du second type ont un point d'appui sur un côté d'eux. C'est-à-dire que si nous essayons de déplacer un objet lourd à l'aide d'un pied de biche, un levier du premier type est une situation dans laquelle nous plaçons un bloc sous la ferraille en appuyant sur l'extrémité libre de la ferraille. Dans ce cas, notre support fixe sera une barre, et les forces appliquées se situent des deux côtés de celle-ci. Et un levier du deuxième type est lorsque nous, après avoir glissé le bord du pied de biche sous le poids, tirons le pied de biche vers le haut, essayant ainsi de retourner l'objet. Ici, le point d'appui O est situé à l'endroit où la ferraille repose sur le sol, et les forces appliquées sont situées d'un côté du point d'appui.
L'utilisation de l'effet de levier vous permet de gagner en force. Ainsi, par exemple, l'ouvrier représenté sur la figure de gauche, appliquant une force de 400 N au levier, pourra soulever une charge pesant 800 N. En divisant 800 N par 400 N, on obtient un gain de force égal à 2 .
La loi de l'équilibre des forces sur le levier
À l'aide d'un levier, nous pouvons gagner en force et soulever un à mains nues cargaison. La distance entre le point d'appui et le point d'application de la force est appelée l'épaule de la force. De plus, vous pouvez calculer l'équilibre des forces sur le levier à l'aide de la formule suivante :
F 1 / F 2 = l 2 / l 1,
où F 1, F 2 - forces agissant sur le levier,
et l 2, l 1 sont les épaules de ces forces. (Dans l'image ci-dessus, OB et OA sont les bras de levier)
Cette loi a été établie par Archimède au IIIe siècle av. Il s'ensuit qu'avec une force moindre, on peut en équilibrer une plus grande. Cela nécessite que l'épaule de moindre résistance soit plus grande que l'épaule de plus grande résistance. Et le gain de force obtenu avec le levier est déterminé par le rapport des épaules des forces appliquées.
De nos jours, on trouve un effet de levier large application aussi bien dans la production (par exemple, grues, boîte de vitesses dans une voiture) que dans la vie quotidienne (ciseaux, coupe-fil, balances, clés, etc.).
Bloquer- une roue avec une rainure sur le pourtour pour une corde ou une chaîne, dont l'axe est fixé rigidement à la poutre du mur ou du plafond. Les appareils de levage utilisent généralement non pas un, mais plusieurs blocs. Le système de blocs et de câbles conçu pour augmenter la capacité de charge est appelé palan à chaîne.
portes- euh puis deux roues reliées entre elles et tournant autour du même axe, par exemple, une porte de puits avec une poignée.
Treuil- une structure composée de deux portes avec des engrenages intermédiaires dans le mécanisme d'entraînement.
Plan incliné Il est utilisé pour déplacer des objets lourds à un niveau supérieur sans les soulever directement.
Ces dispositifs comprennent les rampes, les escaliers mécaniques, les escaliers ordinaires et les convoyeurs.
Coin- une des variétés d'un mécanisme simple appelé "plan incliné". La cale est constituée de deux plans inclinés dont les bases sont en contact. Il est utilisé pour obtenir un gain de force, c'est-à-dire avec l'aide de moins de force pour résister à plus de force.
Lors de la coupe du bois de chauffage, afin de faciliter le travail, une cale métallique est insérée dans la fissure de la bûche et frappée dessus avec le bout d'une hache.
Vis- un plan incliné enroulé sur un axe. Un filetage de vis est un plan incliné enroulé à plusieurs reprises autour d'un cylindre. Le gain de résistance idéal pour un coin est égal au rapport de sa longueur sur son épaisseur à l'extrémité émoussée. Il est difficile de déterminer le gain réel du coin.
En raison du frottement élevé, son efficacité est si faible que le gain idéal n'a pas vraiment d'importance. Selon le sens de levage plan incliné le pas de vis peut être à gauche ou à droite.
Exemples de appareils simples avec pas de vis - vérin, boulon avec écrou, micromètre, étau.
Le bras est une tige étroite qui peut tourner autour d'un point appelé le point d'appui. En plaçant un objet mobile, appelé charge, à une extrémité de la tige et en appliquant une force à l'autre extrémité, une personne peut déplacer l'objet avec beaucoup moins d'effort que si elle le soulevait et le portait sur ses mains.
Le levier fonctionne selon une formule simple : l'effort multiplié par son épaule (la distance la plus courte entre le point d'appui et la ligne droite le long de laquelle la force agit) est égal au produit de la charge sur son épaule. Plus l'épaule de force est longue, plus son augmentation est importante et plus il est facile de déplacer la charge. Le prix de cet avantage est le suivant : plus le bras de force est long, moins la charge parcourra la distance.
Comme le montrent les illustrations ci-dessous, tous les leviers peuvent être divisés en trois classes, différant par les positions relatives de la force, de la charge et du point d'appui.
Leviers de seconde classe
Un levier de classe II a un point d'appui à une extrémité, la force est appliquée à l'autre extrémité et la charge (W) est entre eux, comme indiqué dans le diagramme rose à droite. La brouette, l'ouvre-bouteille, l'agrafeuse et la perforatrice sont des leviers de classe II qui augmentent toujours la force appliquée.
Leviers de la troisième classe.
Pour un levier de classe 3, la force est appliquée entre la charge (W) et le point d'appui (diagramme jaune). La pince à épiler montrée dans l'image ci-dessous est composée de deux leviers de classe 3 reliés l'un à l'autre à un point d'appui. Le balai augmente généralement la distance parcourue par la charge et minimise l'effort requis.
Leviers de première classe
Le type de levier le plus courant est un levier de classe I avec un point d'appui entre la charge (W) et la force appliquée (diagramme bleu). Les leviers de classe I sont disponibles en plusieurs variétés, y compris les pinces montrées dans les illustrations de gauche, une cloueuse et une paire de ciseaux.
Un levier est un corps rigide qui peut tourner autour d'un point fixe. Le point fixe est appelé pivot... La distance entre le point d'appui et la ligne d'action de la force est appelée épaule ce pouvoir.
Condition d'équilibre du levier: le levier est en équilibre si les forces appliquées au levier F 1 et F 2 ont tendance à le faire tourner dans des directions opposées, et les modules de forces sont inversement proportionnels aux bras de ces forces : F 1 / F 2 = l 2 / l 1 Cette règle a été établie par Archimède. Selon la légende, il s'exclama : Donne-moi un pied et j'élèverai la Terre .
Pour le levier, "Règle d'or" de la mécanique (si vous pouvez négliger le frottement et la masse du levier).
Appliquer à bras long une certaine force, vous pouvez soulever une charge avec l'autre extrémité du levier, dont le poids est beaucoup plus grand que cette force. Cela signifie qu'en utilisant l'effet de levier, vous pouvez obtenir un gain de force. Lorsque l'effet de levier est utilisé, le gain de force s'accompagne nécessairement de la même perte en cours de route.
Instant de pouvoir. Règle du moment
Le produit du module de force sur son épaule est appelé moment de pouvoir.M = Fl , où M est le moment de force, F est la force, l est l'épaule de la force.
Règle du moment: le levier est en équilibre si la somme des moments de forces tendant à faire tourner le levier dans un sens est égale à la somme des moments de forces tendant à le faire tourner dans le sens opposé. Cette règle est vraie pour n'importe qui solide capable de tourner autour d'un axe fixe.
Le moment de force caractérise l'action rotative de la force. Cette action dépend à la fois de la force et de son épaule. C'est pourquoi, par exemple, lorsqu'ils veulent ouvrir une porte, ils essaient d'appliquer une force le plus loin possible de l'axe de rotation. Avec l'aide d'une petite force, un moment significatif est créé et la porte s'ouvre. Il est beaucoup plus difficile de l'ouvrir en appliquant une pression autour des charnières. Pour la même raison, il est plus facile de desserrer un écrou avec une clé plus longue, une vis peut être desserrée plus facilement avec un tournevis à manche plus large, etc.
L'unité de moment de force dans SI est newton mètre (1N * m). Il s'agit d'un moment de force de 1 N avec un épaulement de 1 m.
