L'humanité utilise depuis longtemps des machines et des mécanismes simples pour rendre le travail physique plus facile et plus simple. L'un de ces mécanismes est le levier. Qu'est-ce qu'un levier en physique, quelle formule décrit son équilibre et quels types de leviers sont - toutes ces questions sont révélées dans l'article.
Concept
Un levier en physique est un mécanisme composé d'une poutre ou d'une planche et d'un support. Le support divise généralement la poutre en deux parties inégales, appelées bras de levier. Ce dernier peut effectuer un mouvement de rotation autour du point d'appui.
Étant un mécanisme simple, le levier est conçu pour effectuer un travail physique avec gain de puissance ou de transit. Les forces appliquées agissent sur les bras du levier lors de son actionnement. L'un d'eux est le pouvoir de résistance. Il est créé par le poids de la charge qui doit être déplacée (soulevée). La deuxième force est une force externe qui, dans la plupart des cas, est appliquée au bras de levier à l'aide de mains humaines.
L'image ci-dessus montre un levier typique avecdeux épaules. Plus loin dans l'article, il sera expliqué pourquoi il se réfère à l'effet de levier du second type.
La règle du levier ressemble à ceci:
ForcerForcer le bras=ChargerCharger le bras
Moment de force
Faisons une digression par rapport au thème du levier en physique et considérons une quantité physique importante pour comprendre son fonctionnement. Il s'agit du moment de force. C'est le produit de la force et de la longueur du bras de son application, qui s'écrit mathématiquement comme suit:
M=Fré
Il est important de ne pas confondre, le bras de la force d et le bras du levier, en général, ce sont des notions différentes.
Le moment de force montre la capacité de ce dernier à effectuer un virage dans le système. Ainsi, beaucoup de gens savent qu'il est beaucoup plus facile d'ouvrir la porte par la poignée que de la pousser près des charnières, ou qu'il est plus facile de dévisser l'écrou du boulon avec une longue clé qu'avec une courte.
Le moment de force est un vecteur. Pour comprendre le fonctionnement d'un mécanisme de levier simple en physique, il suffit de savoir que le moment est considéré comme positif si la force tend à faire tourner le bras de levier dans le sens inverse des aiguilles d'une montre. S'il a tendance à tourner dans le sens des aiguilles d'une montre, le moment doit être pris avec un signe moins.
L'équilibre des leviers en physique
Pour mieux comprendre dans quelle condition le levier sera en équilibre, considérez la figure suivante.
Deux forces sont représentées ici: une charge R et une force externe F appliquée pour surmonter cettecharges. Les bras de ces forces sont respectivement égaux à dR et dF. En fait, il existe une autre force - la réaction du support, qui agit verticalement vers le haut au point de contact entre la poutre et le support du levier. Étant donné que l'épaule de cette force est égale à zéro, elle ne sera pas davantage prise en compte lors de la détermination de la condition d'équilibre.
Selon la statique, la rotation du système est impossible si la somme des moments des forces externes est égale à zéro. Écrivons la somme de ces moments en tenant compte de leur signe:
RréR- FréF=0.
L'égalité écrite reflète la condition d'équilibre suffisante pour le levier. Si ce ne sont pas deux forces qui agissent sur le levier, mais plus, alors cette condition restera. Seulement au lieu de la somme de deux moments de forces, il sera nécessaire de trouver la somme de tous les moments des forces agissantes et de les égaler à zéro.
La victoire est forte et en route
L'expression des moments des forces de levier en physique, qui a été écrite dans le paragraphe précédent, sera réécrite sous la forme suivante:
RréR=FréF
De la formule ci-dessus suit:
dR / dF=F / R.
Cette égalité dit que pour maintenir l'équilibre, il faut que la force F soit autant de fois supérieure au poids de la charge R, combien de fois son bras dF moins que le bras d R. Étant donné que le plus grand bras dans le processus de déplacement du levier parcourt un chemin plus long que le plus petit bras, nous avons la possibilité d'effectuer le même travail en utilisant le levier de deux manières:
- appliquez plus de force F et déplacez l'épaule verscourte distance;
- appliquez une petite force F et déplacez l'épaule sur une longue distance.
Dans le premier cas, on parle d'un gain au passage dans le processus de déplacement de la charge R, dans le second cas, on obtient un gain en force, puisque F < R.
Où est utilisé l'effet de levier et quels sont-ils ?
Selon le point d'application des forces de levier en physique et la position du support, le mécanisme le plus simple peut être de trois types:
- Il s'agit d'un levier à deux bras, dans lequel la position d'appui est également éloignée des deux extrémités de la poutre. Selon le rapport des longueurs des bras, ce type de levier permet de gagner à la fois en manière et en force. Des exemples de son utilisation incluent des balances, des pinces, des ciseaux, un arrache-ongles, une balançoire pour bébé.
- Le levier du deuxième type est à bras unique, c'est-à-dire que le support est situé près de l'une de ses extrémités. Dans ce cas, la force externe est appliquée à l'autre extrémité de la poutre et la force de charge agit entre le support et la force externe, ce qui vous permet de gagner dans cette force même. Une brouette ou un casse-noix sont d'excellents exemples de ce type d'effet de levier.
- Le troisième type de mécanisme est représenté par des exemples tels qu'une canne à pêche ou une pince à épiler. Ce levier est également monobras, mais la force externe appliquée est déjà plus proche du support que le point d'application de la charge. Cette conception d'un mécanisme simple vous permet de gagner sur la route, mais de perdre en force. C'est pourquoi il est difficile de tenir un petit poisson sur le poids au bout d'une canne à pêche ou un objet lourd avec une pince à épiler.
Pour rappel, un levier en physique ne permetrend commode l'exécution de tel ou tel travail de déplacement de marchandises, mais ne permet pas de gagner dans ce travail.
