En física, los mecanismos simples son dispositivos como palancas o tornillos. Están diseñados para reducir el esfuerzo humano necesario para producir trabajo y utilizar este esfuerzo de la manera más eficiente. A menudo se conectan varios mecanismos simples. El resultado son mecanismos más complejos: taladros, relojes. La rueda es uno de los inventos más importantes de la humanidad. En ello se basa la acción de muchos mecanismos.
Trabajo y poder
Trabajo es un término físico utilizado cuando se considera el movimiento de un cuerpo bajo la influencia de una fuerza. El trabajo se realiza sólo cuando hay movimiento del cuerpo y la dirección de la fuerza. La fuerza de tiro de los bueyes y el esfuerzo del hombre hacen que el arado se mueva, lo que significa que el trabajo está hecho. 
El trabajo es la transferencia de energía de un cuerpo a otro. Al igual que, el trabajo se mide en julios (J). 1 J es igual al trabajo (y energía gastada) realizado al mover un cuerpo 1 metro con una fuerza de 1 N. El hombre empuja la caja 3 metros, aplicando una fuerza de 100 N. Esto significa que se han realizado 300 J de trabajo. hecho.
La potencia es la velocidad a la que se realiza trabajo (o se transfiere energía). La unidad de potencia es vatio (W); lleva el nombre de James Watt (ver artículo “”). Para calcular la potencia, es necesario dividir el trabajo por el tiempo dedicado a ello. Si queremos mover esta caja no en 2 minutos, sino en uno, entonces necesitaremos el doble de potencia.
Fuerza y carga
Para mover un cuerpo es necesario vencer una fuerza conocida llamada carga; A menudo es sólo el peso corporal. Los mecanismos simples ayudan a una persona a utilizar la fuerza aplicada de manera más eficiente. La carga es igual a la fuerza desarrollada por el destornillador; es mayor que el esfuerzo realizado por una persona. La fuerza es la fuerza que hace girar el mango. Al dividir la carga por el esfuerzo, obtenemos una relación llamada ganancia de fuerza. Apretando los mangos de las tenazas, aplicamos. 
se les aplica una fuerza de 1 N. En este caso, necesitamos superar una carga de 4 N para romper la tuerca. Esto significa que la ganancia de fuerza es de 4:1. Si la ganancia de fuerza es 4:1, esto significa que la fuerza aplicada por la máquina al objeto es cuatro veces mayor que la fuerza ejercida por una persona. Estos mecanismos se denominan amplificadores.
Palancas
Una palanca es una varilla que gira alrededor de un punto de apoyo fijo. 
La palanca facilita el manejo de cargas pesadas. Los tipos de palancas se diferencian por la posición del punto de apoyo en relación con el lugar de aplicación de la fuerza y la carga. En las palancas del primer tipo, el punto de apoyo se encuentra entre los puntos de aplicación de fuerza y carga. En las palancas del segundo tipo, el grupo está ubicado entre el punto de aplicación de la fuerza y el punto de apoyo. En el tercer tipo de palancas (ver figura), la fuerza se aplica entre la carga y el punto de apoyo. Cuanto más lejos esté el punto de apoyo del lugar de fuerza, más fácil será trabajar con la palanca (lea más sobre esto en el artículo "", sección "Fuerzas de rotación"). Naturalmente, las palancas más largas se utilizan con más frecuencia.
Rueda
Cuando una rueda gira, se ejerce una fuerza mayor sobre su eje que sobre la llanta. Este efecto se utiliza para obtener ganancias de fuerza, por ejemplo en el volante. Cuanto más grande es el volante, más fácilmente gira su eje. Cuando la rueda del fonógrafo gira, el eje experimenta una fuerza suficiente para accionar el mecanismo. Cuando el eje gira, la rueda convierte el movimiento de rotación en un movimiento lineal, permitiendo mover cargas con su ayuda. Las puntas de la llanta recorren una distancia mayor que el eje, porque El diámetro de la rueda es mayor que el diámetro del eje. Las ruedas de los patines giran alrededor de sus ejes y, gracias a ello, la bota se mueve en línea recta.
Los engranajes se utilizan en una variedad de máquinas complejas, desde automóviles hasta relojes, para variar la fuerza y la velocidad de rotación. En tal transmisión, la dirección y magnitud de la fuerza de rotación cambia. La transmisión de engranajes requiere dos o más engranajes; los dientes de uno encajan perfectamente en las ranuras del otro. Entonces la rotación de una rueda provoca la rotación de la otra. El engranaje grande hace que el pequeño gire más rápido y viceversa. El funcionamiento de un reloj mecánico se basa en un complejo sistema de engranajes interconectados.
Tornillos
Un tornillo es una varilla roscada, es decir, se puede considerar como un plano inclinado “deslizado” sobre un cilindro. La varilla es un cilindro y la rosca es un plano inclinado. Para hundir el sacacorchos en el corcho hay que girarlo muchas veces, pero esto sigue siendo más fácil que clavarlo sin girar. Gracias a la rosca, la fuerza de rotación se convierte en una fuerza que actúa a lo largo del eje del tornillo. Esta fuerza hace que la hélice se hunda en el obstáculo. Una escalera de caracol es lo mismo que una escalera de caracol. Se necesita mucho tiempo para caminar por él, pero subir verticalmente es aún más difícil.
Bloquear
El bloque facilita el levantamiento de cargas pesadas. En él se basa el funcionamiento de ascensores y grúas. La carga se asegura al final de una cuerda tendida sobre una rueda (o sistema de ruedas) con una ranura en la llanta. Si tiras del otro extremo de la cuerda, el peso comenzará a subir. Para levantar el cuerpo con un bloque, hay que tirar hacia abajo: en este caso, el peso de nuestro cuerpo ayuda al proceso. Cuantas más ruedas incluya la polea, más fácil será levantar la carga, ya que su peso se distribuye sobre una sección mayor de la cuerda. Una grúa de este tipo puede levantar cuatro veces más carga que una polea de una sola rueda, ya que el peso se distribuye entre cuatro secciones de la cuerda.
Así funciona el primer tipo de palanca. Coloque una pieza plana de madera o metal, como una regla resistente, sobre el lápiz. Coloque un libro en un extremo de la regla. Haz clic en la regla del otro lado y el libro se elevará. Prueba a mover un lápiz debajo de una regla y verás que cuanto más larga sea la palanca, más fácil será levantar el peso.
Usando mecanismos simples
Los mecanismos simples se utilizan de diversas formas como parte de máquinas más complejas. En nuestro cuerpo, como en el cuerpo de los animales, existen mecanismos simples inherentes a la naturaleza. 
- el mecanismo más antiguo para bombear agua de los ríos. sube las pendientes cuando gira el tornillo.
- la forma más simple de tornillo. Hace que el barco se mueva en el agua (ver artículo " ") y el avión en el aire (ver artículo " "). El ventilador es un tercer tipo de palanca. Cuando te abanicas, tu muñeca actúa como punto de apoyo.
Plano inclinado
Ejemplos de planos inclinados son una pendiente o una ladera. Es más fácil levantar cargas en un plano inclinado que verticalmente, ya que la carga recorre una distancia mayor, por lo tanto, se requiere menos fuerza para producir el mismo trabajo. Un plano inclinado es 8 veces más largo que una línea vertical, lo que significa que se requiere 8 veces menos fuerza para levantar la carga. Los constructores de las pirámides egipcias (más sobre esto en el artículo "") pueden haber utilizado planos inclinados en espiral para levantar colosales bloques de piedra hasta la cima de las pirámides. La altura de las pirámides más grandes es de unos 146 metros.
En esta lección, cuyo tema es “Mecanismos simples”, hablaremos sobre los mecanismos que nos ayudan en nuestro trabajo. En las obras, en la producción, de vacaciones, en todas partes necesitamos ayuda. Estos ayudantes son palancas. Hoy hablaremos de ellos, además de resolver el problema y analizar algunos de los ejemplos más sencillos de la vida.
En esta lección hablaremos de mecanismos simples.- Son dispositivos con cuya ayuda se realiza el trabajo únicamente gracias a la energía mecánica. Estamos rodeados de dispositivos que funcionan con electricidad (ver Fig. 1), utilizando la energía de la combustión del combustible, pero no siempre fue así.
Arroz. 1. Hervidor de agua alimentado por electricidad.
Anteriormente, todo el trabajo se podía realizar prácticamente con las manos, o con la ayuda de animales, gracias al viento o al flujo de agua (molino), es decir, gracias a la energía mecánica (ver Fig. 2).
Arroz. 2. Mecanismos antiguos y sencillos
Y los mecanismos simples ayudan en esto, facilitan el trabajo.
Nuestros poderes son limitados y eso es un problema. Por ejemplo, no podemos levantar y mover una tonelada de ladrillos de un lugar a otro al mismo tiempo. Pero podemos dedicar más tiempo, caminar una distancia mayor de un lado a otro y cargar ladrillos de cuatro en cuatro, o tantos como podamos. ¿Qué pasa con un tornillo que debe atornillarse a la madera? No podemos atornillarlo con nuestras propias manos. También es imposible atornillarlo pieza a pieza, como una montaña de ladrillos, ladrillo a ladrillo. Necesitas usar un mecanismo, un destornillador. Con él, tenemos que darle varias vueltas al tornillo para que se introduzca en el árbol al menos un centímetro. Pero es incomparablemente más fácil que hacerlo a mano.
Consideremos un mecanismo tan simple como, por ejemplo, una pala. Por supuesto, facilita el trabajo; es mucho más fácil cavar con él que con las manos. Clavamos una pala en el suelo. Para levantar un trozo de tierra, es necesario presionar el corte. ¿Dónde presionarás para hacerlo más fácil? La experiencia sugiere que es necesario presionar, es decir, aplicar fuerza, más cerca del extremo del mango (ver Fig. 3).
Arroz. 3. Seleccionar el punto de aplicación de la fuerza.
Intente aplicar fuerza más cerca de la hoja de la pala; levantar el terrón de tierra será mucho más difícil. Si aplicas la misma fuerza, ya no podrás levantar nada. Por eso las palas con mango corto, como las palas zapadoras, se fabrican con una hoja pequeña: aun así no se puede levantar mucha tierra con un mango corto.
Una pala es una palanca. Una palanca es un cuerpo sólido que tiene un eje de rotación fijo (la mayoría de las veces es un punto de apoyo o punto de suspensión). Sobre él actúan fuerzas que tienden a girarlo alrededor de su eje de rotación. Para una pala, el eje de rotación es el punto de apoyo en el borde superior del agujero (ver Fig. 4).
Arroz. 4. Eje de rotación de la pala
El trozo de tierra que levantamos actúa sobre la hoja de la pala con cierta fuerza, y nuestras manos actúan sobre el mango con menos fuerza (ver Fig. 5).
Arroz. 5. Acción de fuerzas
Veamos otro ejemplo: todos estaban montados en un columpio (ver Fig. 6).
Arroz. 6. Balanceo del equilibrio
Esto también es una palanca: hay un eje de rotación fijo alrededor del cual gira el columpio bajo la influencia de la gravedad de los niños.
Para pesar más que tu amigo sentado en el asiento opuesto y levantarlo, te sentarás en el borde del columpio. Si te sientas más cerca del soporte del columpio, es posible que no puedas pesarlo más. Luego debes colocar a alguien adulto y pesado en tu lugar (ver Fig. 7).
Arroz. 7. La fuerza aplicada debe ser mayor que en el borde.
En este punto de aplicación de fuerza, se necesita más fuerza que cuando se aplicó la fuerza al borde del balancín (ver Fig. 8).
Arroz. 8. Aplicación de fuerzas
Como ya habrás notado, cuanto más lejos del punto de apoyo aplicamos la fuerza, menos fuerza se necesita para realizar el mismo trabajo. Además, la fuerza necesaria es tantas veces menor que la del brazo de palanca. brazo de palanca- esta es la distancia desde el punto de apoyo o suspensión de la palanca hasta el punto de aplicación de la fuerza (ver Fig. 9).
Arroz. 9. Apalancamiento y fuerza
Aplicaremos fuerzas perpendiculares a la palanca.
Dirección de la fuerza que actúa sobre la palanca.
¿En qué dirección presionarás la pala para levantar la tierra? Aplicará fuerza a la pala para que se enrolle alrededor del punto de apoyo, es decir, perpendicular al mango (ver Fig. 10).
Si trabaja a lo largo del mango, no levantará el suelo, a menos que saque la pala del suelo o la clave más profundamente. Si presiona el mango en ángulo, la fuerza se puede considerar como la suma de dos fuerzas: presiona perpendicular al mango y al mismo tiempo empuja o arrastra a lo largo del mango (ver Fig. 11).
Arroz. 11. Acción de la fuerza a lo largo del mango.
Sólo el componente perpendicular hará girar la pala.
Entonces, tenemos una palanca y dos fuerzas que actúan sobre ella: el peso de la carga y la fuerza que aplicamos para levantar esta carga. Hemos descubierto que cuanto más grande es el brazo de palanca, menos fuerza se necesita para equilibrar la palanca. Además, cuanto mayor sea el brazo de palanca, menor será la fuerza. Matemáticamente, esto se puede escribir como una proporción:
No importa si las fuerzas se aplican en lados opuestos del fulcro o en el mismo lado. En el primer caso, la palanca se llamó palanca del primer tipo (ver Fig. 12), y en el segundo, palanca del segundo tipo (ver Fig. 13).
Arroz. 12. Palanca del primer tipo.
Arroz. 13. Palanca del segundo tipo.
Trabajando con una pala
Vimos cómo una pala nos permite cavar más fácilmente. Se apoya en el borde del agujero formado en el suelo, este será el eje de su rotación. El peso de la tierra se aplica al brazo corto de la palanca; aplicamos fuerza al brazo largo de la palanca con las manos (ver Fig. 14).
Arroz. 14. Aplicación de fuerzas a la pala.
Además, no importa cuántas veces difieran los brazos de palanca, las fuerzas aplicadas a estos brazos difieren en la misma cantidad.
Así, hemos levantado un trozo de tierra, pero luego necesitamos coger una pala con ambas manos, levantarla por completo y mover la tierra. ¿De dónde agarramos el mango de la pala con la segunda mano? Todo es sencillo cuando ya conocemos el principio de funcionamiento de la palanca. El segundero se convertirá en el nuevo soporte de la palanca. Debe colocarse de manera que vuelva a ganar fuerza, nuevamente debe dividir la palanca en brazos cortos y largos. Por tanto, cogeremos la pala lo más cerca posible de la pala de la pala. Intente levantar la pala sujetando el borde con ambas manos; es posible que no lo consiga ni siquiera con una pala vacía.
El principio por el cual funciona la palanca se utiliza con mucha frecuencia. Por ejemplo, los alicates son una palanca del primer tipo (ver Fig. 15). Actuamos sobre los mangos de los alicates con una fuerza, y los alicates actúan sobre un trozo de alambre, tubo o tuerca con una fuerza mucho mayor en módulo que . Cuantas veces más, cuantas veces más:
Arroz. 15. Ejemplo de palanca del primer tipo.
Otra palanca es un abrelatas, solo que ahora los puntos de aplicación están en un lado del fulcro O. Y nuevamente aplicamos fuerza al mango, y la hoja del abridor actúa sobre la lata de la lata con una fuerza mucho mayor en magnitud (ver Figura 16).
Arroz. 16. Ejemplo de palanca de segunda clase.
¿Cuántas veces más que ? La misma cantidad, cuantas veces más que:
La ganancia de fuerza puede ser enorme; sólo estamos limitados por la longitud de la palanca y su fuerza.
Calculemos qué tan larga debe ser la palanca para que con su ayuda una niña frágil que pesa 50 kg pueda levantar un automóvil que pesa 1500 kg presionando la palanca con todo su peso. Colocaremos el fulcro de la palanca de manera que el brazo corto de la palanca sea igual a 1 m (ver Fig. 17).
Arroz. 17. Dibujar para el problema.
El problema describe una palanca (ver Fig. 18).
Arroz. 18. Condición de la tarea 1
Sabemos cuántas veces la ganancia de fuerza la gana la palanca:
Las fuerzas se aplican en lados opuestos del soporte de la palanca, por lo que los dos brazos de la palanca suman su longitud:
Hemos descrito matemáticamente el proceso especificado en la condición. En nuestro caso, la fuerza que actúa sobre el hombro es el peso del coche y la fuerza que actúa sobre el hombro es el peso de la niña.
Ahora solo queda resolver las ecuaciones y encontrar la respuesta.
De la primera ecuación encontramos el brazo. La mayor fuerza se aplica al brazo más pequeño de la palanca, lo que significa que este es el brazo más corto, igual a 1 m.
La longitud de la palanca es:
Respuesta: 31 metros.
¿Cómo excava una pala por sí sola?
Al considerar los ejemplos, no tomamos en cuenta la fuerza de gravedad que actúa sobre la palanca.
Imaginemos que clavamos una pala a poca profundidad en el suelo. Si la pala es lo suficientemente pesada podrá levantar una pequeña masa de tierra sin nuestra ayuda, ni siquiera necesitaremos aplicar fuerza alguna en el mango. La pala girará alrededor del eje de rotación bajo la influencia de la gravedad que actúa sobre el mango de la pala (ver Fig. 19).
Arroz. 19. Girar la pala alrededor de su eje.
Sin embargo, la mayoría de las veces el peso de la palanca es insignificante en comparación con las fuerzas que actúan sobre ella, por lo que en nuestro modelo consideramos que la palanca no pesa.
Usando el ejemplo de la niña y el auto, vimos que con la ayuda de una palanca podemos hacer un trabajo que nunca hubiéramos hecho sin ella. Con la ayuda de una palanca sería posible mover incluso la Tierra, como decía Arquímedes (ver Fig. 20).
Arroz. 20. La hipótesis de Arquímedes
El problema es que no hay nada sobre qué apoyar la palanca, no hay un punto de apoyo adecuado. Y, por supuesto, uno puede imaginarse cuán inimaginablemente larga debe ser esa palanca, porque la masa de la Tierra es de 5,974 mil millones de toneladas.
Todo funciona demasiado bien: podemos reducir casi ilimitadamente la fuerza necesaria para realizar el trabajo. Tiene que haber un problema, de lo contrario con el apalancamiento nuestras posibilidades serían ilimitadas. ¿Cuál es el truco?
Usando una palanca aplicamos menos fuerza, pero al mismo tiempo hacemos más movimiento (ver Fig. 21).
Arroz. 21. El movimiento aumenta
Movimos el mango de la pala con el brazo extendido, pero solo levantamos la tierra unos centímetros. Arquímedes, si finalmente hubiera encontrado un punto de apoyo, en toda su vida no habría tenido tiempo de girar su palanca para mover la Tierra. Cuanta menos fuerza aplicamos, más movimiento hacemos. Y el producto de la fuerza y el desplazamiento, es decir, el trabajo, permanece constante. Es decir, la palanca da una ganancia de fuerza, pero una pérdida de movimiento, o viceversa.
Palancas que se utilizan al revés.
Las palancas no siempre se utilizan para realizar trabajos con menos fuerza. A veces es importante ganar la jugada, incluso si eso significa usar más fuerza. Esto es lo que hace un pescador cuando necesita sacar un pez y trasladarlo a una gran distancia. Al mismo tiempo, utiliza la caña de pescar como palanca, aplicando fuerza en su brazo corto (ver Fig. 22).
Arroz. 22. Usando una caña de pescar
Nuestra mano también es una palanca. Los músculos del brazo se contraen y el brazo se dobla a la altura del codo. Al mismo tiempo, puede levantar algún tipo de carga y realizar un trabajo. En este caso, los músculos y las cargas actúan con algunas fuerzas sobre los huesos del antebrazo (ver Fig. 23).
Arroz. 23. Nuestra mano es una palanca
El eje de rotación del antebrazo es la articulación del codo. Todo nuestro sistema musculoesquelético se compone de tales palancas. Y el término "brazo de palanca" en sí recibe su nombre por analogía con el hombro de una de las palancas de nuestro cuerpo: el brazo.
Los músculos están diseñados de tal manera que cuando se contraen no pueden acortarse ni el medio metro que necesitamos para levantar, por ejemplo, una taza de té. Es necesario ganar en movimiento, por lo que los músculos se unen más cerca de la articulación, al brazo de palanca más pequeño. En este caso, es necesario aplicar más fuerza, pero esto no es un problema para los músculos.
La palanca no es el único mecanismo sencillo que nos facilita realizar nuestro trabajo.
¿Qué mecanismo sencillo utilizas cuando subes al primer piso? Puedes saltar a la ventana, si es posible, y simplemente subir a la habitación. Estamos acostumbrados a hacer el mismo trabajo de trasladarnos a casa de forma mucho más segura y sencilla: subiendo las escaleras. De esta manera recorremos una distancia más larga, pero nos aplicamos menos fuerza. Si hacemos una escalera larga y suave, será aún más fácil subir; caminaremos casi como sobre una superficie plana, pero tendremos que recorrer una distancia más larga (ver Fig. 24).
Arroz. 24. Escalera plana
El plano inclinado es un mecanismo simple. Siempre es más fácil no levantar algo pesado, sino arrastrarlo cuesta abajo.
Veamos cómo un hacha parte la madera. Su hoja se afila y se ensancha más cerca de la base, y cuanto más profundamente se clava la cuña del hacha en la madera, más se extiende y eventualmente se parte (ver Fig. 25).
Arroz. 25. Cortar leña
El principio de funcionamiento de la cuña es el mismo que el del plano inclinado. Para separar los trozos de madera un centímetro se necesitaría una fuerza enorme. Basta con aplicar menos fuerza a la cuña, sin embargo, tendrás que hacer un mayor movimiento más profundamente en la madera.
Los tornillos funcionan según el mismo principio que un plano inclinado. Echemos un vistazo más de cerca al tornillo: la ranura a lo largo del tornillo es un plano inclinado, solo envuelto alrededor del eje del tornillo (ver Fig. 26).
Arroz. 26. Plano inclinado del tornillo.
Y además atornillamos sin esfuerzo el tornillo hasta la profundidad que necesitamos. Al mismo tiempo, como es habitual, perdemos en movimiento: hay que dar muchas vueltas al tornillo para introducirlo un par de centímetros. De cualquier manera, es mejor que separar la madera y colocar un tornillo allí.
Cuando atornillamos un tornillo con un destornillador, facilitamos aún más nuestro trabajo: el destornillador es una palanca. Mira: la fuerza con la que actúa el tornillo sobre la punta del destornillador se aplica al brazo más pequeño de la palanca, y con la mano actuamos sobre el brazo más grande (ver Fig. 27).
Arroz. 27. El principio de funcionamiento de un destornillador.
El mango del destornillador es más grueso que la hoja. Si el destornillador tuviera mangos como un sacacorchos, la ganancia de fuerza sería aún mayor.
Usamos mecanismos simples con tanta frecuencia que ni siquiera nos damos cuenta. Tomemos una puerta normal. ¿Puedes nombrar tres casos de uso de un mecanismo simple en el funcionamiento de una puerta?
Preste atención a dónde está el mango. Siempre está ubicado en el borde de la puerta, alejado de las bisagras (ver Fig. 28).
Arroz. 28. Ubicación de la manija en la puerta.
Intenta abrir o cerrar la puerta empujándola cerca de las bisagras, será difícil. Una puerta es una palanca, y para tener la menor fuerza posible para abrir la puerta, el brazo de esa fuerza debe ser lo más grande posible.
Echemos un vistazo más de cerca al mango. Si fuera un eje desnudo, sería difícil abrir la puerta. La manija aumenta el brazo sobre el que se aplica la fuerza, y nosotros, aplicando menos fuerza, abrimos la puerta (ver Fig. 29).
Arroz. 29. Manija de la puerta
Echemos un vistazo más de cerca a la forma de la llave. Creo que puedes responder por qué se hacen con cabezas anchas. ¿Por qué las bisagras sobre las que se sujeta la puerta no están ubicadas una al lado de la otra, sino aproximadamente a un cuarto de la altura de los bordes de la puerta? Recuerde cómo tomamos la pala cuando la levantamos; el mismo principio está aquí. También puede prestar atención a la lengüeta de la cerradura cortada en ángulo, a los tornillos con los que se atornilla la puerta a las bisagras (ver Fig. 30).
Arroz. 30. Bisagras de puerta
Como puede ver, todo tipo de dispositivos se basan en mecanismos simples, desde una puerta y un hacha hasta una grúa. Los utilizamos inconscientemente cuando elegimos, por ejemplo, dónde agarrar una rama para inclinarla. Al crear al ser humano, la propia naturaleza utilizó mecanismos simples cuando creó nuestro sistema musculoesquelético o dientes con forma de cuña. Y si prestas atención, notarás muchos más ejemplos de cómo mecanismos simples facilitan el trabajo mecánico y podrás utilizarlos de manera aún más efectiva.
Con esto concluye nuestra lección, ¡gracias por su atención!
Referencias
- Sokolovich Yu.A., Bogdanova G.S. Física: un libro de referencia con ejemplos de resolución de problemas. - 2ª edición, revisión. - X.: Vesta: Editorial Ranok, 2005. - 464 p.
- Peryshkin A.V. Física: Libro de texto de 7º grado. - Moscú: 2006. - 192 p.
- Virtuallab.by ().
- escuela.xvatit.com ().
- lena24.rf ().
- Fizika.ru ().
Tarea
- ¿Qué es una palanca? Da una definición.
- ¿Qué ejemplos de palancas conoces?
- La longitud del brazo más pequeño de la palanca es de 5 cm, el más grande es de 30 cm. Una fuerza de 12 N actúa sobre el brazo más pequeño. ¿Qué fuerza se debe aplicar al brazo más grande para equilibrar la palanca?
Cuando tienes que levantar una carga pesada, por ejemplo, una gran roca en un campo, a menudo haces esto: desliza un palo fuerte con un extremo debajo de la roca, coloca una piedra pequeña, un tronco o algo más cerca de este extremo para apoyarte. y pon tu mano en el otro extremo del palo. Si la roca es demasiado pesada, de esta manera es posible levantarla de su lugar.
Un palo tan fuerte que puede girar alrededor de un punto se llama "palanca", y el punto alrededor del cual gira la palanca es su "punto de apoyo". También debemos recordar que la distancia desde la mano (en general, desde el punto donde se aplica la fuerza) hasta el fulcro se denomina “brazo de palanca”; También se llama distancia desde el lugar donde la piedra presiona la palanca hasta el punto de apoyo. Por tanto, cada palanca tiene dos brazos. Necesitamos estos nombres de las partes de la palanca para que sea más conveniente describir su acción.
No es difícil probar el funcionamiento de una palanca: puedes convertir cualquier palo en palanca e intentar derribar con él al menos una pila de libros, apoyando tu palanca en el mismo libro. En tales experimentos, notará que cuanto más largo sea el hombro sobre el que presiona con la mano, en comparación con el otro hombro, más fácil será levantar la carga. Es posible equilibrar una carga grande sobre una palanca con una fuerza pequeña sólo cuando se actúa sobre un brazo de palanca suficientemente largo (largo en comparación con el otro brazo). ¿Cuál debería ser la relación entre tu fuerza, el tamaño de la carga y los brazos de la palanca para que tu fuerza equilibre la carga? La relación es la siguiente: tu fuerza debe ser tantas veces menor que la carga como el brazo corto es menor que el largo.
Pongamos un ejemplo. Supongamos que necesitas levantar una piedra que pesa 180 kg; el brazo corto de la palanca mide 15 cm y el brazo largo mide 90 cm. La fuerza con la que debes empujar el extremo de la palanca se denotará con la letra x. Entonces debe haber una proporción:
INCÓGNITA: 180= 15: 90.
Esto significa que debes empujar el hombro largo con una fuerza de 30 kg.
Otro ejemplo: eres capaz de apoyarte en el extremo del brazo largo de una palanca con una fuerza de sólo 15 kg. ¿Cuál es la carga más grande que puedes levantar si el brazo largo mide 64 cm y el brazo corto mide 28 cm?
Denotando la carga desconocida por x, creamos la proporción:
15: incógnita= 28: 84,
Esto significa que con esta palanca no podrás levantar más de 45 kg.
De manera similar, puedes calcular la longitud del brazo de palanca si no la conoces. Por ejemplo, una fuerza de 10 kg equilibra una carga de 150 kg sobre una palanca. ¿Cuál es la longitud del brazo corto de esta palanca si su brazo largo mide 105 cm?
Designando la longitud del brazo corto con la letra x, creamos la proporción:
10: 150 =x: 105,
El brazo corto mide 7 cm.
El tipo de palanca que se consideró se denomina palanca del primer tipo. También hay una palanca del segundo tipo, con la que nos familiarizaremos ahora.
Supongamos que necesita levantar una viga grande (Fig. 14). Si es demasiado pesado para tu fuerza, entonces colocas un palo fuerte debajo de la viga, apoyas su extremo en el suelo y tiras del otro extremo hacia arriba. En este caso, el palo es una palanca; su punto de apoyo está al final; tu fuerza actúa en el otro extremo; pero la carga presiona la palanca no en el otro lado del punto de apoyo, sino en el mismo lado donde se aplica la fuerza. En otras palabras, los brazos de palanca en este caso son: largos - la longitud total de la palanca y cortos - la parte metida debajo de la viga. El punto de apoyo no se encuentra entre las fuerzas, sino fuera de ellas. Ésta es la diferencia entre una palanca de segunda clase y una palanca de primera clase, en la que la carga y la fuerza se encuentran en lados opuestos del fulcro.
Arroz. 14. Palancas de primer y segundo tipo: la carga y la fuerza se encuentran en lados opuestos del fulcro.
A pesar de esta diferencia, la relación entre fuerzas y hombros en una palanca del segundo tipo es la misma que en una palanca del primer tipo: la fuerza y la carga son inversamente proporcionales a la longitud de los brazos. En nuestro caso, si, por ejemplo, se necesitan 27 kg para levantar directamente la puerta y las longitudes de los hombros son 18 cm y 162 cm, entonces la fuerza INCÓGNITA, con el que se debe actuar en el extremo de la palanca se determina a partir de la proporción
El 28 de abril, la escuela acogerá una conferencia científica y práctica de la NOU "Spectrum".
un poco de historia
Hace mucho tiempo, allá por 2005, mis alumnos y yo organizamos en la escuela la sociedad científica “Pitagórica”, donde realizábamos diversas actividades, desde el análisis de los problemas de las Olimpíadas hasta el trabajo de investigación. Cada año, atrayendo a otros matemáticos de la escuela, celebraban conferencias y luego llevaban a los niños a la conferencia en Nalchik. Cada año nuestros muchachos ganaban premios en los concursos republicanos. Todo era como debía ser, teníamos nuestros propios estatutos, programa y requisitos. Al final del año se resumieron los resultados y cada miembro de la NOU recibió títulos académicos:
- “académico honorario”: ganadores y premiados de olimpíadas, espectáculos y concursos republicanos, internacionales y rusos;
- “académico”: ganadores de olimpíadas, concursos y espectáculos regionales y municipales;
- “Maestro”: ganadores de olimpíadas, espectáculos y concursos escolares;
- “Bachelor”: ganadores de olimpíadas, espectáculos y concursos escolares.
Entonces todo el mundo conocía nuestra sociedad. Estaban zumbando. Una vez en una conferencia en Nalchik nos dijeron que no podían darnos premios cada vez y no presentar muchos trabajos al concurso. Lo cual también influyó. Cuando un miembro del jurado de un concurso republicano, delante de los niños, dice: “Su trabajo es el mejor, pero no podemos darle más de un lugar”...
http://alfusja-bahova.ucoz.ru/index/nou_quot_pifagorenok_quot/0-5
Por cierto, todos los chicos que estudiaban en la comunidad científica ingresaron fácilmente en las mejores universidades técnicas de Moscú y San Petersburgo, y ahora se graduaron con éxito de las universidades. Y una chica se quedó en la universidad de San Petersburgo (no puedo nombrar exactamente las universidades en este momento). Estoy orgulloso de mis muchachos.
Pero todo llega a su fin. Y nuestra NOU también. Nadie me pagó nada por este trabajo, y tan pronto como empezaron a pagarlo, "tú mismo necesitas una vaca así", resultó que nuestra escuela no necesitaba "pitagóricas", crearon una nueva sociedad "espectro", donde todo se hace “descuidadamente”, no quiero ni hablar de eso.
Después de un incidente desagradable, dejé de participar en las conferencias escolares con los niños.
Y este año decidí ir a la conferencia de la escuela con los miembros de mi círculo. Comenzamos el proyecto el miércoles. Veamos qué pasa.
En la siguiente lección, el círculo inició el proyecto de investigación "Palanca. Tipos de palancas. Palancas en la vida humana".
El propósito y objetivos del trabajo de investigación:
- Estudiar la estructura y principio de funcionamiento de la palanca;
- Ensamble el mecanismo de palanca usando Lego Física y Tecnología;
- Investiga las propiedades de una palanca. Descubra el estado de equilibrio de la palanca;
- Cuestionar a los compañeros de clase;
- Explorar el uso del apalancamiento en el hogar, la vida cotidiana, la tecnología, los deportes y el entretenimiento;
- Conclusiones.
¿Sabías?
El término “palanca” proviene de la palabra francesa levier, que significa “levantar”
Desde la antigüedad, para facilitar su trabajo, la gente ha utilizado diversos mecanismos que pueden transformar la fuerza humana en una fuerza mucho mayor. Incluso hace tres mil años, durante la construcción de las pirámides en el Antiguo Egipto, se movían y levantaban pesadas losas de piedra mediante mecanismos sencillos.
Una palanca es una varilla rígida u objeto sólido que sirve para transmitir fuerza. Usando la palanca, puede cambiar la fuerza aplicada (esfuerzo), la dirección y la distancia del movimiento. Cada palanca contiene necesariamente una fuerza, un soporte (o eje de rotación) y una carga (carga). Según su posición relativa, se distinguen palancas del primer, segundo y tercer tipo.
En esta lección desmontamos el dispositivo y el principio de funcionamiento de la palanca. Usando Lego, ensamblamos tres tipos de mecanismos de “Palanca”. Intentamos realizar una investigación primaria. Aprendimos que cualquier palanca tiene un punto de apoyo, un punto de aplicación de fuerza y un punto de aplicación de carga (es decir, carga).
tipos de palancas
En palancas del primer tipo. el punto de apoyo se encuentra entre los puntos de aplicación de fuerza y carga.
Los ejemplos más comunes del primer tipo de palanca son una sierra, una palanca, unos alicates y unas tijeras.
En palancas de segunda clase. el punto de apoyo y el punto de aplicación de la fuerza están en extremos opuestos, y el punto de aplicación de la carga está ubicado entre ellos. Los ejemplos más comunes de palanca del segundo tipo son cascanueces, una carretilla y una llave para abrir botellas.
En palancas de tercera clase. el punto de apoyo y el punto de aplicación de la carga están en extremos opuestos y el punto de aplicación de la fuerza está entre ellos. Los ejemplos más famosos del tercer tipo de palanca son las pinzas y las pinzas para hielo.
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Continuaremos nuestra investigación en la próxima lección de clase.
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Una palanca es un cuerpo rígido que puede girar alrededor de un punto fijo. El punto fijo se llama fulcro. La distancia desde el punto de apoyo a la línea de acción de la fuerza se llama hombro este poder.
Condición de equilibrio de la palanca: la palanca está en equilibrio si las fuerzas aplicadas a la palanca F 1 Y F 2 tienden a girarlo en direcciones opuestas, y los módulos de las fuerzas son inversamente proporcionales a los hombros de estas fuerzas: F1 /F2 = l 2 / l 1 Esta regla fue establecida por Arquímedes. Según la leyenda, exclamó: Dame un punto de apoyo y levantaré la tierra. .
Para la palanca se cumple. "regla de oro" de la mecánica (si se pueden despreciar la fricción y la masa de la palanca).
Al aplicar algo de fuerza a una palanca larga, puedes usar el otro extremo de la palanca para levantar una carga cuyo peso excede con creces esta fuerza. Esto significa que al utilizar el apalancamiento puedes ganar poder. Cuando se utiliza el apalancamiento, una ganancia de poder va necesariamente acompañada de una pérdida igual en el camino.
Momento de poder. Regla de los momentos
El producto del módulo de fuerza por su hombro se llama momento de fuerza.M = Fl , donde M es el momento de la fuerza, F es la fuerza, l es el apalancamiento de la fuerza.
Regla de los momentos: Una palanca está en equilibrio si la suma de los momentos de las fuerzas que tienden a girar la palanca en una dirección es igual a la suma de los momentos de las fuerzas que tienden a girarla en la dirección opuesta. Esta regla es válida para cualquier cuerpo rígido capaz de girar alrededor de un eje fijo.
El momento de fuerza caracteriza la acción giratoria de la fuerza.. Esta acción depende tanto de la fuerza como de su apalancamiento. Por eso, por ejemplo, cuando se quiere abrir una puerta, se intenta aplicar fuerza lo más lejos posible del eje de giro. Con la ayuda de una pequeña fuerza, se crea un momento significativo y la puerta se abre. Es mucho más difícil abrirlo aplicando presión cerca de las bisagras. Por la misma razón, una tuerca es más fácil de desenroscar con una llave más larga, un tornillo es más fácil de quitar con un destornillador con mango más ancho, etc.
La unidad SI de momento de fuerza es metro newton (1N*m). Este es el momento de una fuerza de 1 N con un hombro de 1 m.
