Объясните, почему получается выигрыш в силе при использовании инструментов, изображённых на рисунке 74. Где используются эти инструменты на практике?

рис. 74

Для объяснения выигрыша в силе при использовании инструментов из рисунка 74 необходимо рассмотреть их принцип действия. Все изображённые инструменты основаны на применении простых механизмов — рычага. Вот теоретическая часть:

Рычаг как простой механизм
Рычаг — это твёрдое тело, которое может вращаться вокруг неподвижной точки — опоры. Он используется для выигрыша в силе, то есть для увеличения действующей силы, либо для удобства выполнения работы. Основной принцип работы рычага основывается на равновесии моментов сил.

Правило равновесия рычага
Для того чтобы рычаг находился в равновесии, необходимо, чтобы произведение силы на её плечо с одной стороны от опоры равнялось произведению силы на её плечо с другой стороны:
$$ F_1 \cdot L_1 = F_2 \cdot L_2, $$
где:
− $ F_1 $ — сила, приложенная к одной стороне рычага,
− $ L_1 $ — плечо силы $ F_1 $ (расстояние от точки приложения силы до опоры),
− $ F_2 $ — сила на другой стороне рычага,
− $ L_2 $ — плечо силы $ F_2 $.

Выигрыш в силе
Выигрыш в силе достигается за счёт увеличения плеча силы $ L_1 $. Чем больше плечо силы относительно плеча сопротивления (другой стороны рычага), тем меньшая сила требуется для выполнения той же работы:
$$ F_1 = \frac{F_2 \cdot L_2}{L_1}. $$
То есть если плечо силы $ L_1 $ значительно больше плеча сопротивления $ L_2 $, то сила $ F_1 $, которую нужно приложить, будет значительно меньше силы $ F_2 $.

Применение рычага в инструментах
Инструменты на рисунке 74 (ножницы, тиски, клещи и кусачки) используют рычаги для увеличения силы:
1. Ножницы: Два рычага с общим неподвижным центром вращения (осью). Длинные ручки ножниц увеличивают плечо силы $ L_1 $, что позволяет с меньшим усилием разрезать материал.
2. Тиски: Работают по принципу винтового механизма, который также связан с рычагом. Винт увеличивает силу, передаваемую на зажимные губки.
3. Клещи: Позволяют усиливать давление на объект за счёт длинных ручек, увеличивающих плечо силы относительно небольшого плеча сопротивления.
4. Кусачки: Используют принцип рычага для перекусывания твёрдых материалов, таких как проволока. Удлинённые ручки помогают сократить усилие, которое нужно приложить.

Где используются в практике
− Ножницы: Применяются в быту, швейной и текстильной промышленности, строительстве.
− Тиски: Используются на рабочих столах в мастерских для фиксации деталей при обработке.
− Клещи: Широко применяются в строительстве, ремонте и сантехнике — например, для захвата и удержания труб.
− Кусачки: Применяются в электромонтажных работах, строительстве, а также в быту для перекусывания проволоки и кабелей.

Таким образом, за счёт использования принципа рычага эти инструменты позволяют человеку с меньшей силой выполнять работу, которая требует значительного усилия.