Вычислите опытным путём, какой выигрыш в силе дают ножницы, плоскогубцы, кусачки.
Рукоятка ножниц, плоскогубцев, кусачек и лезвия являются разными плечами рычага. Варьируя длиной рукоятки и лезвия, мы получаем выигрыш в силе.
$\frac{F_{1}}{ F_{2}} = \frac{l_{2}}{ l_{1}} $ − условие равновесия рычага.
Измерим длину рукоятки и лезвия. Выигрышем будет соотношение длины рукояток к длине лезвий.
Чтобы понять, какой выигрыш в силе дают ножницы, плоскогубцы или кусачки, необходимо рассмотреть принципы работы этих инструментов с точки зрения механики. Все три инструмента можно рассматривать как разновидности рычагов — простых механизмов, которые позволяют изменять силу, её направление или увеличивать её.
Теоретические основы работы рычага
Рычаг — это твёрдое тело, которое может вращаться вокруг неподвижной точки опоры. Рычаги используют принцип механического преимущества, которое позволяет прилагать меньшую силу для выполнения работы. Для этого существует баланс моментов сил относительно точки опоры.
Основное уравнение рычага:
$$ F_1 \cdot l_1 = F_2 \cdot l_2 $$
где:
− $ F_1 $ — сила, приложенная со стороны усилия (сила, которую вы прикладываете);
− $ l_1 $ — плечо силы $ F_1 $ (расстояние от точки приложения силы до точки опоры);
− $ F_2 $ — сила сопротивления (сила, которую преодолевает инструмент, например, разрезаемый материал);
− $ l_2 $ — плечо силы $ F_2 $ (расстояние от точки опоры до точки приложения сопротивления).
Механическое преимущество
Механическое преимущество (выигрыш в силе) определяется как отношение плеча силы $ l_1 $ к плечу силы сопротивления $ l_2 $:
$$ \text{Механическое преимущество} = \frac{l_1}{l_2} $$
Чем больше плечо, на которое вы прикладываете силу, тем меньше усилий требуется для выполнения работы.
Применение к ножницам, плоскогубцам, кусачкам
1. Ножницы
Ножницы — это рычаг первого рода, где точка опоры находится между приложением силы (рукоятками) и сопротивлением (лезвиями, разрезаемым объектом). Чтобы увеличить механическое преимущество, рукоятки ножниц обычно длиннее, чем лезвия. Чем больше длина рукояток относительно длины лезвий, тем меньше усилий приходится прилагать для разрезания материала.
Плоскогубцы
Плоскогубцы — это рычаг второго рода, где точка сопротивления (захват объекта) находится между точкой приложения силы (рукоятки) и точкой опоры (шарнир). Это конструктивное решение позволяет добиться значительного выигрыша в силе, особенно при сжатии или захвате предметов.
Кусачки
Кусачки — инструмент, обычно используемый для перекусывания проволоки или твёрдых предметов. Они также являются рычагом второго рода. В кусачках точка приложения силы расположена на длинных рукоятках, точка сопротивления — в зоне захвата (лезвиях), а точка опоры — в соединении между ними. Чем длиннее рукоятки кусачек, тем больше выигрыш в силе.
Практическое определение выигрыша в силе
Для определения выигрыша в силе опытным путём потребуется:
1. Измерить длину плеча $ l_1 $, на которое вы прикладываете силу (рукоятка инструмента).
2. Измерить длину плеча $ l_2 $, где сила сопротивления действует (лезвия или захватная часть инструмента).
3. Вычислить механическое преимущество как отношение $ \frac{l_1}{l_2} $.
Факторы, влияющие на эффективность
1. Соотношение длин плеч рычага.
2. Материалы, из которых изготовлены инструменты.
3. Угол и форма режущих или захватных частей.
4. Сила трения в точке опоры (шарнире).
Вывод
Опытный путь позволяет установить, насколько эффективны ножницы, плоскогубцы и кусачки, и как их конструкция влияет на механическое преимущество. Механическое преимущество позволяет сократить усилие, необходимое для выполнения работы, благодаря увеличению плеча рычага, на котором приложена сила.
Пожауйста, оцените решение
