Рассмотрите устройство плоскогубцев и клещей (рис. 92).

рис. 92.
При помощи какого инструмента можно произвести большее давление на зажатое тело, действуя одинаковой силой?

Для анализа вопроса о том, какой инструмент (плоскогубцы или клещи) способен произвести большее давление на зажатое тело при одинаковой приложенной силе, необходимо рассмотреть принцип работы обоих инструментов, основываясь на законах физики, в частности на законах механики.

Принцип рычага

Оба инструмента — плоскогубцы и клещи — работают по принципу рычага. Рычаг — это простое механическое устройство, которое помогает увеличивать силу, используя точку опоры и соотношение длин плеч рычага.

Рычаг состоит из двух плеч:
− Сила, приложенная рукой, действует на одно из плеч рычага (длинное плечо).
− Сила, действующая на зажатый объект, появляется на другом плече рычага (короткое плечо).

Механическое преимущество рычага зависит от соотношения длин плеч:
$$ М = \frac{L_1}{L_2}, $$
где:
− $ M $ — механическое преимущество;
− $ L_1 $ — длина длинного плеча рычага (от точки опоры до места приложения силы руки);
− $ L_2 $ — длина короткого плеча рычага (от точки опоры до места контакта с зажатым объектом).

Чем больше $ L_1 $ относительно $ L_2 $, тем большее усилие (и, соответственно, давление) можно создать на зажатое тело.

Давление

Давление определяется как сила, действующая на единицу площади:
$$ P = \frac{F}{S}, $$
где:
− $ P $ — давление;
− $ F $ — сила, действующая на объект;
− $ S $ — площадь, на которую эта сила действует.

Учитывая принцип рычага, сила $ F $, создаваемая инструментом на зажатый объект, зависит от механического преимущества рычага $ M $:
$$ F_{\text{на объект}} = F_{\text{руки}} \cdot M = F_{\text{руки}} \cdot \frac{L_1}{L_2}. $$

Таким образом, давление $ P $, создаваемое инструментом, будет зависеть от силы $ F_{\text{на объект}} $ и площади $ S $, на которую эта сила действует:
$$ P = \frac{F_{\text{руки}} \cdot \frac{L_1}{L_2}}{S}. $$

Сравнение плоскогубцев и клещей

На основании фотографии можно сделать наблюдения:
− У плоскогубцев длинное плечо ($ L_1 $) меньше, чем у клещей.
− У плоскогубцев короткое плечо ($ L_2 $) больше, чем у клещей.

Следовательно, соотношение $ \frac{L_1}{L_2} $ (механическое преимущество) у клещей будет больше, чем у плоскогубцев. Это означает, что клещи способны создать большую силу на зажатый объект, чем плоскогубцы, при одинаковой силе, приложенной рукой.

Кроме того, площадь $ S $, на которую действует сила, также влияет на давление. Если зажимные поверхности инструментов (губки) имеют одинаковую площадь, то клещи обеспечат большее давление благодаря большему механическому преимуществу.

Вывод

При одинаковой силе, приложенной рукой, клещи способны произвести большее давление на зажатое тело, чем плоскогубцы, благодаря большему механическому преимуществу, обусловленному более длинным плечом рычага.