Орчин үеийн машинууд нэлээд төвөгтэй дизайнтай. Гэсэн хэдий ч тэдгээрийн системийн үйл ажиллагааны зарчим нь энгийн механизмыг ашиглахад суурилдаг. Тэдний нэг нь хөшүүрэг юм. Энэ нь физикийн үүднээс юуг илэрхийлдэг вэ, мөн хөшүүрэг ямар нөхцөлд тэнцвэртэй байна вэ? Бид эдгээр болон бусад асуултад нийтлэлд хариулах болно.
Физик дэх хөшүүрэг
Энэ нь ямар механизм болохыг хүн бүр сайн мэддэг. Физикийн хувьд хөшүүрэг нь цацраг ба тулгуур гэсэн хоёр хэсгээс бүрдэх бүтэц юм. Цацраг нь тодорхой урттай самбар, саваа эсвэл бусад хатуу объект байж болно. Цацрагийн доор байрлах тулгуур нь механизмын тэнцвэрийн цэг юм. Энэ нь хөшүүргийг эргүүлэх тэнхлэгтэй болгож, хоёр гарт хувааж, системийг орон зайд урагшлуулахаас сэргийлдэг.
Хүн төрөлхтөн эрт дээр үеэс хөшүүргийг голчлон хүнд ачаа өргөх ажлыг хөнгөвчлөх зорилгоор ашиглаж ирсэн. Гэсэн хэдий ч энэ механизм нь илүү өргөн хүрээний хэрэглээтэй байдаг. Тиймээс ачаалалд том түлхэц өгөхөд ашиглаж болно. Ийм хэрэглээний гол жишээЭдгээр нь дундад зууны үеийн катапультууд юм.
Хөшүүрэгт үйлчлэх хүч
Хөшүүргийн гарт үйлчлэх хүчийг авч үзэхэд хялбар болгохын тулд дараах зургийг анхаарч үзээрэй:
Энэ механизм нь янз бүрийн урттай гартай болохыг бид харж байна (dR<dF). Хоёр хүч нь доош чиглэсэн мөрний ирмэг дээр ажилладаг. Гадны хүч F нь R ачааг өргөж, ашигтай ажил гүйцэтгэх хандлагатай байдаг. R ачаалал энэ өргөлтийг тэсвэрлэдэг.
Үнэндээ энэ системд гуравдагч хүч үйлчилж байгаа - дэмжих урвал. Гэсэн хэдий ч энэ нь хөшүүргийг тэнхлэгийн эргэн тойронд эргүүлэхээс сэргийлж, хувь нэмэр оруулахгүй бөгөөд зөвхөн бүхэл системийг урагшлуулахгүй байхыг баталгаажуулдаг.
Тиймээс хөшүүргийн тэнцвэрийг зөвхөн F ба R гэсэн хоёр хүчний харьцаагаар тодорхойлно.
Механизмын тэнцвэрийн нөхцөл
Хөшүүргийн тэнцвэрийн томъёог бичихийн өмнө эргэлтийн хөдөлгөөний нэг чухал физик шинж чанар болох хүчний моментийг авч үзье. Үүнийг d мөр ба F хүчний үржвэр гэж ойлгодог:
M=dF.
F хүч нь хөшүүргийн гарт перпендикуляр үйлчлэх үед энэ томьёо хүчинтэй. d утга нь тулгуур цэгээс (эргэлтийн тэнхлэг) F хүч үйлчлэх цэг хүртэлх зайг тодорхойлно.
Статикийг санаж, бүх моментуудын нийлбэр тэгтэй тэнцүү байвал систем тэнхлэгээ тойрон эргэхгүй гэдгийг бид анхаарна уу. Энэ нийлбэрийг олохдоо хүчний моментийн тэмдгийг мөн анхаарч үзэх хэрэгтэй. Хэрэв тухайн хүч нь цагийн зүүний эсрэг эргэх хандлагатай бол түүнийг бий болгох мөч эерэг байх болно. Үгүй бол хүчний моментийг тооцоолохдоо сөрөг тэмдэгтэй авна.
Хөшүүргийн эргэлтийн тэнцвэрийн дээрх нөхцөлийг ашигласнаар бид дараах тэгшитгэлийг олж авна:
dRR - dFF=0.
Энэ тэгш байдлыг өөрчилснөөр бид дараах байдлаар бичиж болно:
dR/dF=F/R.
Сүүлийн илэрхийлэл нь хөшүүргийн тэнцвэрийн томъёо юм. Тэгш байдал нь: dF хөшүүрэг dR-тай харьцуулахад их байх тусам R ачааллыг тэнцвэржүүлэхийн тулд F бага хүч хэрэглэх шаардлагатай болно.
Хүчний моментийн тухай ойлголтыг ашиглан хөшүүргийн тэнцвэрийн томьёог анх МЭӨ 3-р зуунд Архимед туршилтаар олж авсан. д. Гэвч тэр үед физикт хүчний моментийн тухай ойлголт орж ирээгүй байсан тул тэрээр үүнийг зөвхөн туршлагаар олж авсан.
Хөшүүргийн тэнцвэрийн бичигдсэн нөхцөл нь энэхүү энгийн механизм яагаад арга барилаар ч, хүч чадлаараа ч ялалт байгуулдгийг ойлгох боломжийг олгодог. Баримт нь хөшүүргийн гарыг эргүүлэхэд илүү их зай илүү урт замыг туулдаг. Үүний зэрэгцээ богино хүчнээс илүү бага хүч түүнд үйлчилдэг. Энэ тохиолдолд бид хүч чадлыг олж авдаг. Хэрэв мөрний параметрүүдийг хэвээр үлдээж, ачаалал, хүчийг урвуу болговол та замдаа ашиг олох болно.
Тэнцвэрийн асуудал
Гарны дам нурууны урт 2 метр. Дэмжлэгцацрагийн зүүн төгсгөлөөс 0.5 метрийн зайд байрладаг. Хөшүүрэг нь тэнцвэрт байдалд байгаа бөгөөд зүүн мөрөнд нь 150 Н хүч үйлчилдэг нь мэдэгдэж байна. Энэ хүчийг тэнцвэржүүлэхийн тулд баруун мөрөн дээр ямар масс байрлуулах ёстой.
Энэ асуудлыг шийдэхийн тулд бид дээр бичсэн тэнцлийн дүрмийг хэрэгжүүлнэ:
dR/dF=F/R=>
1, 5/0, 5=150/R=>
R=50 N.
Тиймээс ачааны жин 50 Н-тэй тэнцүү байх ёстой (масстай андуурч болохгүй). Бид таталцлын томъёог ашиглан энэ утгыг харгалзах масс руу хөрвүүлэхэд бидэнд:
байна.
m=R/g=50/9, 81=5.1кг.
Ердөө 5.1 кг жинтэй бие нь 150 Н хүчийг тэнцвэржүүлнэ (энэ утга нь 15.3 кг жинтэй биеийн жинтэй тохирч байна). Энэ нь хүч гурав дахин нэмэгдсэнийг харуулж байна.
