☰ Содержание · Физика

Правило моментов и динамика движения по окружности

Уроки 18–19 · 2 урока · Н. Ш. Турдиев, К. А. Турсунметов, А. Г. Ганиев, К. Т. Суяров, Ж. Э. Усаров, А. К. Авлиёкулов. Физика, 10 класс, 1-е издание. Издательство «Niso Poligraf», Ташкент, 2017
18

Механизмы, основанные на правиле моментов

Учебник: с. 62–64
ЦельПрименять момент силы и правило моментов к задачам о рычагах, блоках и полиспастах.
Новые слова
плечо силы · kuch yelkasiмомент силы · kuch momentiправило моментов · momentlar qoidasiрычаг · richag
Объяснение

Кратчайшее (перпендикулярное) расстояние от линии действия силы до оси вращения — плечо l силы. Момент силы M = F·l, единица — 1 Н·м; момент, вращающий по часовой стрелке, считают положительным, а противоположный — отрицательным. Тело с осью вращения находится в равновесии, если алгебраическая сумма всех моментов равна нулю: M₁ + M₂ + … = 0 (правило моментов Архимеда). Для рычага это записывается как F₁l₁ = F₂l₂. Есть три вида рычагов: точка опоры между силами (рычаг первого рода — ножницы, весы), груз между точкой опоры и приложенной силой (тачка) и приложенная сила между точкой опоры и грузом (ложка, лопата, предплечье человека). Неподвижный блок не даёт выигрыша в силе, а лишь меняет направление; подвижный блок уменьшает силу вдвое. В полиспасте, где груз поддерживается n верёвками, в идеале F = P/n, но вытягиваемая верёвка в n раз длиннее (выигрыша в работе нет). В реальных механизмах из-за трения КПД меньше 100%.

Примеры
Левое плечо рычага равно 0,3 м, на него действует сила 20 Н. Если правое плечо равно 0,5 м, то для равновесия F₂ = F₁l₁/l₂ = 20·0,3/0,5 = 12 Н.
Полиспаст с 4 несущими верёвками поднимает груз 600 Н: в идеале F = 600/4 = 150 Н. Чтобы поднять груз на 1 м, верёвку нужно вытянуть на 4 м; работа: 150·4 = 600·1 = 600 Дж.
Работа в классе

На уроке: уравновесьте 30-сантиметровую линейку на карандаше, положите стопки одинаковых монет на оба конца и найдите число монет/расстояние для равновесия (F₁l₁ = F₂l₂). Запишите результаты в таблицу. Делайте это на ровном столе, чтобы карандаш не укатился.

Упражнения
1
Что такое момент силы и какова его единица?
2
Рычаг: F₁ = 30 Н, l₁ = 0,4 м, l₂ = 0,6 м. Какая F₂ (Н) уравновешивает его?
3
Дверь толкают с силой 50 Н перпендикулярно ей на расстоянии 0,8 м от петли. Чему равен момент (Н·м)?
4
Полиспаст с 4 верёвками поднимает груз 800 Н (идеальный случай). Какая сила нужна (Н)?
5
Почему дверную ручку делают далеко от петель?