L'équilibre en physique est un état du système, dans lequel il est en repos relatif par rapport aux objets environnants. La statique est l'étude des conditions d'équilibre. L'un des mécanismes, dont la connaissance des conditions d'équilibre de fonctionnement est fondamentale, est le levier. Considérez dans l'article quels types d'effet de levier sont.
Qu'est-ce que c'est en physique ?
Avant de parler des types de leviers (en physique, la 7e passe ce sujet), définissons ce dispositif. Un levier est un mécanisme simple qui vous permet de convertir la force en distance et vice versa. Le levier a un dispositif simple, il se compose d'une poutre (planche, tige), qui a une certaine longueur, et d'un support. La position du support n'est pas fixe, il peut donc être situé à la fois au milieu de la poutre et à son extrémité. Notons tout de suite que la position du support détermine généralement le type de levier.
Ce dernier est utilisé par l'homme depuis des temps immémoriaux. Ainsi, on sait que dans l'ancienne Mésopotamie ou en Égypte, avec l'aide de celle-ci, ils ont soulevé l'eau des rivières ou déplacé d'énormes pierres pendantconstruction de divers ouvrages. Activement utilisé le levier dans la Grèce antique. La seule preuve écrite qui ait survécu de l'utilisation de ce mécanisme simple est les « Vies parallèles » de Plutarque, où le philosophe donne un exemple de l'utilisation du système de blocs et de leviers par Archimède.
Le concept de couple
Comprendre le principe de fonctionnement des différents types de leviers en physique est possible si vous étudiez la question de l'équilibre du mécanisme considéré, qui est étroitement liée à la notion de moment de force.
Le moment de force est la valeur obtenue en multipliant la force par la distance entre le point de son application et l'axe de rotation. Cette distance s'appelle "l'épaule de la force". Notons F et d - la force et son épaule, respectivement, alors nous obtenons:
M=Fd
Le moment de force offre la possibilité de tourner autour de cet axe de l'ensemble du système. Des exemples frappants dans lesquels vous pouvez observer le moment de la force en action sont le dévissage d'un écrou avec une clé ou l'ouverture d'une porte avec une poignée éloignée des charnières de la porte.
Le couple est une grandeur vectorielle. Pour résoudre des problèmes, il faut souvent tenir compte de son signe. Il faut se rappeler que toute force qui fait tourner le système de corps dans le sens inverse des aiguilles d'une montre crée un moment de force avec le signe +.
Levier d'équilibre
La figure ci-dessus montre un levier typique et les forces qui agissent dessus sont marquées. Plus tard dans l'article, il sera dit que c'est -effet de levier du premier type. Ici, les lettres F et R désignent respectivement une force externe et un certain poids de la charge. Vous pouvez également voir que le support est décalé par rapport au centre, de sorte que les longueurs des bras dF et dR ne sont pas égales entre elles.
En statique, on montre que le levier ne se déplace pas comme un mécanisme complet, la somme de toutes les forces qui agissent sur lui doit être égale à zéro. Nous n'en avons relevé que deux. En fait, il y en a aussi un troisième, qui est opposé à ces deux et égal à leur somme - c'est la réaction de support.
Pour que le levier ne fasse pas de mouvements de rotation, il faut que la somme de tous les moments de forces soit égale à zéro. L'épaule de la force de réaction du support est nulle, elle ne crée donc pas de moment. Il reste à noter les moments de forces F et R:
RdR- FdF=0=>
RdR=FdF
Condition d'équilibre du levier enregistrée sous forme de formule, également donnée:
dR/dF=F/R
Cette égalité signifie que pour que le levier ne tourne pas, la force externe doit être autant de fois supérieure (moins) que le poids de la charge soulevée, combien de fois le bras de cette force est inférieur (plus grand) que le bras sur lequel agit le poids de la cargaison.
La formulation donnée signifie que combien de fois nous gagnons en chemin avec l'aide du mécanisme considéré, nous perdons le même montant en force.
Levier du premier type
Il a été montré dans le paragraphe précédent. Ici on dit juste que pour un levier de ce type, l'appui est situé entre les forces agissantes F et R. Selon le rapport des longueurs des bras, un tel levier peutêtre utilisé à la fois pour soulever des poids et pour donner une accélération au corps.
Une balance mécanique, des ciseaux, un arrache-clou, une catapulte sont des exemples de leviers du premier type.
Dans le cas d'un balancier, on a deux bras de même longueur, donc l'équilibre du levier n'est atteint que lorsque les forces F et R sont égales l'une à l'autre. Ce fait est utilisé pour peser des corps de masse inconnue en le comparant à une valeur de référence.
Les ciseaux et un arrache-clou sont d'excellents exemples de gain de force mais de perte en cours de route. Tout le monde sait que plus une feuille de papier est posée près de l'axe des ciseaux, plus il est facile de la couper. Au contraire, si vous essayez de couper du papier avec la pointe des ciseaux, il y a une forte probabilité qu'ils commencent à le "mâcher". Plus le manche des ciseaux ou de l'arrache-clou est long, plus il est facile d'effectuer l'opération correspondante.
Quant à la catapulte, c'est un exemple frappant de gain à l'aide d'un levier sur le chemin, et donc dans l'accélération que son épaule donne au projectile.
Levier du second type
Dans tous les leviers du deuxième type, le support est situé près de l'une des extrémités de la poutre. Cette disposition conduit à la présence d'un seul épaulement au niveau du levier. Dans ce cas, le poids de la charge se situe toujours entre l'appui et la force extérieure F. La disposition des forces dans le levier de seconde espèce conduit au seul résultat utile: le gain en force.
Des exemples de ce type de levier sont la brouette, qui sert à transporter de lourdes charges, et le casse-noix. Dans les deux cas, la perte en cours de route n'a pas de valeur négative. Ainsi, dans le cas du manuelbrouettes, il est seulement important de maintenir la charge sur le poids pendant qu'elle se déplace. Dans ce cas, la force appliquée est plusieurs fois inférieure au poids de la charge.
Levier du troisième type
La conception de ce type de levier est à bien des égards similaire au précédent. Le support dans ce cas est également situé à l'une des extrémités de la poutre, et le levier a un seul bras. Cependant, l'emplacement des forces agissantes dans celui-ci est complètement différent de celui d'un levier du second type. Le point d'application de la force F se situe entre le poids de la charge et le support.
Pelle, barrière, canne à pêche et pince à épiler sont des exemples frappants de ce type de levier. Dans tous ces cas, on gagne en chemin, mais il y a une perte de force importante. Par exemple, pour tenir une charge lourde avec une pince à épiler, vous devez appliquer une grande force F, donc utiliser cet outil ne signifie pas tenir des objets lourds avec.
En conclusion, notons que tous les types de leviers fonctionnent sur le même principe. Ils ne donnent pas un gain dans le travail de déplacement des marchandises, mais vous permettent seulement de redistribuer ce travail dans le sens de sa mise en œuvre la plus pratique.
