Рычаг как простой механизм

Рычагом называют любое твердое тело, способное вращаться вокруг неподвижной точки. Эта точка называется опорой рычага, она может располагаться в центральной части рычага, у его края и др. Из этого следует, что рычаги бывают разными.

Одним из наглядных представлений о рычаге, могут послужить качели, в которых доска перекинута через неподвижную возвышающуюся над землей опору. Здесь точка опоры рычага находится в центральной части доски, где доска касается опоры. Вокруг этой опоры качаются качели.

Когда человек ломом пытается приподнять какой-нибудь физический объект, например, выдернуть гвоздь, то лом также выступает в виде рычага. В данном случае точкой опоры будет являться место, где лом касается земли.

На рычаг действуют две силы. На рисунке изображен рычаг в виде качелей. Кубики своим весом действуют на рычаг в определенных его точках силами направленными вниз. Эти силы пытаются вращать рычаг в разные стороны (по часовой стрелке и против).

Расстояния от места приложения сил до опоры рычага называется плечами рычага. Понятно, что у рычага два плеча. На рисунке это участки «доски» от того места, где находятся кубики, до точки опоры. Длина одного плеча равна D₁, другого — D₂.

Как известно, простые механизмы используются для того, чтобы получить выигрыш в силе (реже — выигрыш в расстоянии). Это значит, что прикладывая меньшую силу, можно получить большую. В случае рычага к одному его плечу прикладывают меньшую силу, а на другом плече получают большую.

Выигрыш в силе всегда достигается за счет проигрыша в расстоянии. Поэтому если к одному плечу рычага прикладывается меньшая сила, то надо, чтобы это плечо прошло больший путь. То есть совершило более длинный оборот вокруг опоры рычага. Чтобы это произошло, плечо должно быть длиннее, чем то, где прикладывается сила больше.

Рычаг находится в равновесии, когда произведение длины плеча и действующей на него силы равно произведению длины другого плеча и действующей на это другое плечо силы:

F₁l₁ = F₂l₂

Здесь F₁ и F₂ — это действующие силы, а l₁ и l₂ — длины плеч.
Отсюда следует, что изменяя длины плеч рычага можно уравновешивать разные силы. Или изменяя силы, уравновешивать разные плечи.

Формулу можно записать по-другому:

F₁/F₂ = l₂/l₁

В таком случае говорят, что отношение приложенных сил обратно пропорционально длинам плеч рычага.