Depuis les temps anciens, l'humanité a cherché par tous les moyens à faciliter son travail physique. Des mécanismes simples sont devenus un moyen de résoudre ce problème. Cet article traite d'inventions telles que le levier et le bloc, ainsi que du système de leviers et de blocs.
Qu'est-ce que l'effet de levier et quand a-t-il été utilisé ?
Probablement tout le monde connaît ce mécanisme simple depuis l'enfance. En physique, un levier est une combinaison d'une poutre (tige, planche) et d'un support. Sert de levier pour soulever des poids ou pour communiquer la vitesse aux corps. Selon la position du support sous la poutre, le levier peut entraîner un gain soit en force, soit en déplacement des charges. Il faut dire que le levier ne conduit pas à une réduction du travail en tant que quantité physique, il vous permet seulement de redistribuer son exécution de manière pratique.
Man utilise l'effet de levier depuis longtemps. Ainsi, il existe des preuves qu'il a été utilisé par les anciens Égyptiens dans la construction des pyramides. La première description mathématique de l'effet de levier remonte au IIIe siècle avant J.-C. et appartient à Archimède. Une explication moderne du principe de fonctionnement de ce mécanisme impliquantle concept de moment de force n'est apparu qu'au 17ème siècle, lors de la formation de la mécanique classique de Newton.
Règle du levier
Comment fonctionne le levier ? La réponse à cette question est contenue dans le concept de moment de force. Cette dernière est appelée une telle valeur, qui est obtenue en multipliant le bras de la force par son module, c'est-à-dire:
M=Fd
Le bras de force d est la distance entre le point d'appui et le point d'application de la force F.
Quand un levier fait son travail, trois forces différentes agissent dessus:
- force externe appliquée, par exemple, par une personne;
- le poids de la charge qu'une personne cherche à déplacer avec un levier;
- réaction du support agissant du côté du support à la poutre de levier.
La réaction du support équilibre les deux autres forces, de sorte que le levier n'avance pas dans l'espace. Pour qu'il n'effectue pas également de mouvement de rotation, il faut que la somme de tous les moments de forces soit égale à zéro. Le moment de force est toujours mesuré par rapport à un axe. Dans ce cas, cet axe est le point d'appui. Avec ce choix d'axe, l'épaulement de l'action de la force de réaction du support sera égal à zéro, c'est-à-dire que cette force crée un moment nul. La figure ci-dessous montre un levier typique du premier type. Les flèches marquent la force externe F et le poids de la charge R.
Écrivez la somme des moments de ces forces, nous avons:
RdR+ (-FdF)=0
L'égalité à zéro de la somme des moments assure l'absence de rotation des bras de levier. Momentla force F est prise avec un signe négatif car cette force a tendance à faire tourner le levier dans le sens des aiguilles d'une montre, tandis que la force R a tendance à faire ce tour dans le sens inverse des aiguilles d'une montre.
En réécrivant cette expression sous les formes suivantes, on obtient les conditions d'équilibre pour le levier:
RdR=FdF;
dR/dF=F/R
Nous avons obtenu les égalités écrites en utilisant le concept de moment de force. Au IIIe siècle av. e. Les philosophes grecs ne connaissaient pas ce concept physique, néanmoins, Archimède a établi une relation inverse entre le rapport des forces agissant sur les bras du levier et la longueur de ces bras à la suite d'observations expérimentales.
Les égalités enregistrées montrent qu'une diminution de la longueur du bras dR contribue à l'émergence de la possibilité de soulever de gros poids à l'aide d'une petite force F et d'un bras long dF R cargo.
Qu'est-ce qu'un bloc en physique ?
Block est un autre mécanisme simple, qui est un cylindre rond avec une rainure le long du périmètre de la surface cylindrique. Le sillon sert à fixer la corde ou la chaîne. Le bloc a un axe de rotation. La figure montre un exemple de bloc qui illustre son fonctionnement.
Ce bloc est appelé fixe. Il ne donne pas de gain de force, mais vous permet de changer de direction.
En plus du bloc fixe, il y a un bloc mobile. Le système de blocs mobiles et fixes est illustré ci-dessous.
Si la règle des moments est appliquée à ce système, alors on obtientle gain de force est multiplié par deux, mais en même temps nous perdons la même quantité en cours de route (sur la figure F=60 N).
Le système de leviers et de blocs
Comme mentionné dans les paragraphes précédents, l'effet de levier peut être utilisé pour gagner du chemin ou de la puissance, tandis que le blocage vous permet de gagner de la puissance et de changer la direction de son action. Ces propriétés des mécanismes simples considérés sont utilisées dans les systèmes de leviers et de blocs. Dans ces systèmes, chaque élément prend une certaine force et la transfère à d'autres éléments afin que nous obtenions la force d'origine en sortie.
La facilité de fonctionnement du levier et du bloc et la souplesse de leur utilisation structurelle permettent de composer des mécanismes complexes à partir d'une telle combinaison.
Exemples d'utilisation de systèmes de mécanismes simples
En fait, toutes les machines qui nous entourent sont des systèmes de leviers et de blocs. Voici les exemples les plus connus:
- machine à écrire;
- piano;
- grue;
- échafaudage pliant;
- lits et tables réglables;
- un ensemble d'os, d'articulations et de muscles humains.
Si la force d'entrée dans chacun de ces systèmes est connue, alors la force de sortie peut être calculée en appliquant successivement la règle du levier à chaque élément du système.
