В школьной мастерской мальчик, чтобы сильно зажать в тиски обрабатываемую деталь, берётся не за середину ручки тисков, а за край, Почему?

Для ответа на этот вопрос необходимо обратиться к понятиям из механики, в частности к понятию момента силы.

Момент силы — это физическая величина, характеризующая способность силы вызывать вращение тела относительно точки или оси. Он определяется как произведение силы $ F $ на плечо $ l $, то есть на перпендикулярное расстояние от оси вращения до линии действия силы. Формула момента силы:

$$ M = F \cdot l $$

Где:
− $ M $ — момент силы (измеряется в Н·м, ньютон−метрах);
− $ F $ — сила, приложенная к телу (в ньютонах, Н);
− $ l $ — плечо силы (перпендикулярное расстояние от точки приложения силы до оси вращения, в метрах, м).

Принцип действия тисков

Тиски — это инструмент, используемый для фиксации деталей, который состоит из двух зажимных поверхностей, соединённых винтовым механизмом. Чтобы зажать деталь, необходимо вращать ручку тисков, которая приводит в движение винт. Винт, в свою очередь, перемещает зажимные губки, создавая давление на деталь.

При вращении ручки тисков действует принцип рычага: ось вращения винта является точкой опоры, а ручка тисков — это плечо силы рычага. Когда человек прикладывает силу к ручке, создаётся момент силы, который вызывает вращение винта. Чем больше момент силы, тем легче вращать винт и зажимать деталь.

Почему мальчик берётся за край ручки

Если мальчик берётся за край ручки, он увеличивает плечо силы $ l $, так как край ручки находится дальше от оси вращения винта, чем середина ручки. Увеличение плеча силы приводит к увеличению момента силы $ M $, даже если приложенная сила $ F $ остаётся неизменной.

При этом формула момента силы показывает, что для заданного момента $ M $ можно уменьшить силу $ F $, если увеличить плечо $ l $. Таким образом, мальчику приходится прикладывать меньшую силу, чтобы вращать ручку и зажать деталь.

Если же мальчик берётся за середину ручки, плечо силы $ l $ становится меньше, поэтому, чтобы создать такой же момент силы $ M $, ему придётся приложить большую силу $ F $. Это менее удобно и требует больше усилий.

Вывод

Мальчик берётся за край ручки тисков, потому что это позволяет увеличить плечо силы $ l $, а значит, создать больший момент силы $ M $ при меньшем усилии $ F $. Такой подход облегчает зажим детали и делает работу более комфортной. Это объяснение основано на принципе рычага, который широко применяется в механике для упрощения выполнения работы.