Как именно простые машины обеспечивают механические преимущества?

В данный момент я изучаю различные типы простых механизмов, таких как рычаги, шкивы, пандусы. И, изучая их, я вижу, что во всех них, даже если выполняемая работа остается неизменной, то, как они предлагают преимущество в выполнении работы (имеется в виду уменьшение приложенной силы), заключается в том, что либо увеличивается расстояние выполняемой работы, либо изменяется направление силы. . Это имеет смысл, когда я думаю об этом математически в терминах уравнения w = сила * расстояние. Но я чувствую, что меня все еще не устраивает это объяснение, и я хотел получить более концептуальное объяснение того, как именно эти машины уменьшают прилагаемую силу/усилие.

Например, как увеличение расстояния до рычага, пандуса или натянутой веревки точно уменьшает силу? Когда сила, которую я (как человек) прикладываю, уменьшается, это что-то еще, например, гравитация, или веревка, или точка опоры, или материал рычага, компенсирующий силу, которую мне не нужно было прикладывать? Что происходит на молекулярном уровне: если я толкаю груз вверх по пандусу на большее расстояние, мне не нужно прилагать столько усилий, сколько пришлось бы, если бы я поднимал груз напрямую руками без пандуса? Если кто-нибудь может добавить что-нибудь к этому вопросу, я был бы очень признателен? Спасибо.

Ответы (1)

Чтобы удерживать какой-либо объект в покое, если на него действует какая-либо сила (например, сила тяжести), необходимо создать силу противоположного направления и той же величины. Если вы не приложите всю необходимую силу, машина сама позаботится обо всем остальном.

Возьмем, к примеру, рычаг. Вы можете рассматривать рычаг + предмет, который хотите поднять, как одно твердое тело. Тогда общая сила, действующая на этот рычаг + тело в состоянии покоя, должна быть равна нулю, иначе центр масс должен был бы ускоряться. Рычаг в состоянии покоя поддерживается точкой опоры и землей (на том конце, который ее касается). Оба они создают силы и крутящий момент, которые компенсируют силу гравитации, так что рычаг может оставаться в покое.

Теперь, как только вы начинаете вращать рычаг вокруг точки опоры, точка опоры все еще поддерживает рычаг и создает силы, необходимые для того, чтобы движение было именно таким, какое вы наблюдаете на практике.

Привет. Спасибо за ответ. Мне было интересно узнать о последнем абзаце, где вы упоминаете точку опоры, производящую силу, необходимую для совершения движения. Как точка опоры создает силу? Является ли это противодействующей силой, также известной как нормальная сила (согласно третьему закону Ньютона), действующей на точку опоры, поскольку вы нажимаете на нее сверху, когда пытаетесь нажать на рычаг?
@TLo Да, это противодействующая сила. Это похоже на то, как земля оказывает восходящую силу. Если бы это было не так, вы бы попали под него. На молекулярном уровне это осуществляется за счет электромагнитных сил между молекулами, но на макроскопическом уровне такие детали вас не волнуют. У земли есть простое свойство не позволять чему-либо упасть под нее, и, таким образом, сила, которую она оказывает, является такой, какой она должна быть для достижения этого. Точно так же точка опоры удерживает точку контакта с рычагом в покое и создает силы за счет межмолекулярных взаимодействий для достижения этого.
Ааа... Хорошо. Большое спасибо за то, что развеяли мои сомнения.
Как именно простые машины обеспечивают механические преимущества?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v