კაცობრიობა დიდი ხანია იყენებს მარტივ მანქანებსა და მექანიზმებს ფიზიკური შრომის გასაადვილებლად და გასამარტივებლად. ერთ-ერთი ასეთი მექანიზმია ბერკეტი. რა არის ბერკეტი ფიზიკაში, რა ფორმულა აღწერს მის ბალანსს და რა ტიპის ბერკეტებია - ყველა ეს კითხვა გაჟღენთილია სტატიაში.
კონცეფცია
ბერკეტი ფიზიკაში არის მექანიზმი, რომელიც შედგება სხივის ან დაფისა და ერთი საყრდენისაგან. საყრდენი ზოგადად ყოფს სხივს ორ არათანაბარ ნაწილად, რომლებსაც ბერკეტის მკლავები ეწოდება. ამ უკანასკნელს შეუძლია შეასრულოს ბრუნვითი მოძრაობა საყრდენი წერტილის გარშემო.
როგორც მარტივი მექანიზმი, ბერკეტი შექმნილია იმისთვის, რომ შეასრულოს ფიზიკური სამუშაო ძალა ან ტრანზიტის დროს. გამოყენებული ძალები მოქმედებს ბერკეტის მკლავებზე მისი მუშაობის დროს. ერთ-ერთი მათგანია წინააღმდეგობის ძალა. იგი იქმნება ტვირთის წონით, რომელიც საჭიროებს გადაადგილებას (აწევას). მეორე ძალა არის გარკვეული გარეგანი ძალა, რომელიც უმეტეს შემთხვევაში ბერკეტის მკლავზე ვრცელდება ადამიანის ხელის დახმარებით.
ზემოთ სურათზე ნაჩვენებია ტიპიური ბერკეტიორი მხრის. მოგვიანებით სტატიაში იქნება ახსნილი, თუ რატომ ეხება ის მეორე სახის ბერკეტს.
ბერკეტის წესი ასე გამოიყურება:
ForceForce Arm=LoadLoad Arm
ძალის მომენტი
მოდით გავაკეთოთ გარკვეული გადახრები ფიზიკის ბერკეტის თემიდან და განვიხილოთ მნიშვნელოვანი ფიზიკური სიდიდე მისი მოქმედების გასაგებად. საუბარია ძალის მომენტზე. ეს არის ძალისა და მისი გამოყენების მკლავის სიგრძის ნამრავლი, რომელიც მათემატიკურად იწერება შემდეგნაირად:
M=Fd
მნიშვნელოვანია არ ავურიოთ, d ძალის მკლავი და ბერკეტის მკლავი, ზოგადად, ეს განსხვავებული ცნებებია.
ძალის მომენტი გვიჩვენებს ამ უკანასკნელის უნარს მოახდინოს შემობრუნება სისტემაში. ასე რომ, ბევრმა იცის, რომ კარის სახელურით გაღება ბევრად უფრო ადვილია, ვიდრე საკინძებთან მიახლოება, ან უფრო ადვილია ჭანჭიკზე თხილის გამოხსნა გრძელი ქანჩით, ვიდრე მოკლე..
ძალის მომენტი არის ვექტორი. ფიზიკაში მარტივი ბერკეტის მექანიზმის მუშაობის გასაგებად, საკმარისია ვიცოდეთ, რომ მომენტი დადებითად ითვლება, თუ ძალა მიდრეკილია ბერკეტის მკლავის მობრუნებისკენ საათის ისრის საწინააღმდეგოდ. თუ ის ბრუნავს საათის ისრის მიმართულებით, მაშინ მომენტი უნდა იქნას აღებული მინუს ნიშნით.
ბერკეტის ბალანსი ფიზიკაში
იმისათვის, რომ გაგიადვილოთ იმის გაგება, თუ რა მდგომარეობაში იქნება ბერკეტი წონასწორობაში, გაითვალისწინეთ შემდეგი ფიგურა.
აქ ნაჩვენებია ორი ძალა: დატვირთვა R და გარე ძალა F, რომელიც გამოიყენება ამის დასაძლევადიტვირთება. ამ ძალების მკლავები უდრის dR და dF, შესაბამისად. ფაქტობრივად, არსებობს კიდევ ერთი ძალა - საყრდენის რეაქცია, რომელიც მოქმედებს ვერტიკალურად ზევით სხივსა და ბერკეტის საყრდენს შორის შეხების ადგილას. ვინაიდან ამ ძალის მხრის ტოლია ნულის ტოლი, წონასწორობის მდგომარეობის განსაზღვრისას იგი აღარ იქნება გათვალისწინებული.
სტატიკის მიხედვით, სისტემის ბრუნვა შეუძლებელია, თუ გარე ძალების მომენტების ჯამი ნულის ტოლია. დავწეროთ ამ მომენტების ჯამი მათი ნიშნის გათვალისწინებით:
RdR- FdF=0.
ჩაწერილი თანასწორობა ასახავს ბერკეტის საკმარის წონასწორობის მდგომარეობას. თუ ბერკეტზე მოქმედებს არა ორი ძალა, არამედ მეტი, მაშინ ეს მდგომარეობა მაინც დარჩება. მხოლოდ ძალების ორი მომენტის ჯამის ნაცვლად, საჭირო იქნება მოქმედი ძალების ყველა მომენტის ჯამის პოვნა და მათი ნულის გათანაბრება.
მოგება ძლიერია და გზაშია
გამოთქმა ბერკეტის ძალების მომენტებისთვის ფიზიკაში, რომელიც დაიწერა წინა აბზაცში, გადაიწერება შემდეგი სახით:
RdR=FdF
ზემოხსენებული ფორმულიდან შემდეგია:
dR / დF=F / R.
ეს ტოლობა ამბობს, რომ წონასწორობის შესანარჩუნებლად აუცილებელია, რომ ძალა F იყოს იმდენჯერ მეტი, ვიდრე R დატვირთვის წონა, რამდენჯერ არის მისი მკლავი dF მკლავზე ნაკლები d R. ვინაიდან უფრო დიდი მკლავი ბერკეტის გადაადგილების პროცესში გადის უფრო დიდ გზას, ვიდრე პატარა მკლავი, ჩვენ ვიღებთ შესაძლებლობას შევასრულოთ იგივე სამუშაო ბერკეტის გამოყენებით ორი გზით:
- მიიტანეთ მეტი ძალა F და აწიეთ მხრებიმოკლე მანძილი;
- მიიტანეთ მცირე ძალა F და გადაიტანეთ მხრები დიდ მანძილზე.
პირველ შემთხვევაში საუბარია გზაზე მომატებაზე R დატვირთვის გადაადგილების პროცესში, მეორე შემთხვევაში მიიღება სიძლიერის მომატება, ვინაიდან F < R.
სად გამოიყენება ბერკეტები და რა არის ისინი?
ფიზიკაში ბერკეტის ძალების გამოყენების წერტილიდან და საყრდენის პოზიციიდან გამომდინარე, უმარტივესი მექანიზმი შეიძლება იყოს სამი სახის:
- ეს არის ორმკლავიანი ბერკეტი, რომელშიც საყრდენი პოზიცია თანაბრად არის ამოღებული სხივის ორივე ბოლოდან. მკლავების სიგრძის თანაფარდობიდან გამომდინარე, ამ ტიპის ბერკეტი საშუალებას გაძლევთ გაიმარჯვოთ როგორც გზაში, ასევე ძალაში. მისი გამოყენების მაგალითებია სასწორი, ქლიბი, მაკრატელი, ფრჩხილის საქანელი, ბავშვის საქანელი.
- მეორე სახის ბერკეტი არის ერთმკლავიანი, ანუ საყრდენი მდებარეობს მის ერთ-ერთ ბოლოსთან. ამ შემთხვევაში, გარე ძალა ვრცელდება სხივის მეორე ბოლოზე და დატვირთვის ძალა მოქმედებს საყრდენსა და გარე ძალას შორის, რაც საშუალებას გაძლევთ გაიმარჯვოთ სწორედ ამ ძალაში. ბორბალი ან მაკნატუნა ამ ტიპის ბერკეტის მთავარი მაგალითია.
- მესამე ტიპის მექანიზმი წარმოდგენილია მაგალითებით, როგორიცაა სათევზაო ჯოხი ან პინცეტი. ეს ბერკეტი ასევე არის ერთმკლავიანი, მაგრამ გარე გამოყენებული ძალა უკვე უფრო ახლოს არის საყრდენთან, ვიდრე დატვირთვის გამოყენების წერტილი. მარტივი მექანიზმის ეს დიზაინი საშუალებას გაძლევთ გაიმარჯვოთ გზაზე, მაგრამ დაკარგოთ ძალა. ამიტომ ძნელია პატარა თევზის სიმძიმეზე დაჭერა ჯოხის ბოლოზე ან მძიმე საგნის პინცეტით.
გამეორებისთვის, ფიზიკაში ბერკეტი მხოლოდ საშუალებას იძლევამოსახერხებელი გახადოს საქონლის გადაადგილების ამა თუ იმ სამუშაოს შესრულება, მაგრამ არ გაძლევს ამ საქმეში მოგების საშუალებას.
