Физикадағы рычаг. Рычагтың тиімділігін анықтау формуласы. Тапсырма үлгісі

2026 Автор: Howard Calhoun | calhoun@techconfronts.com. Соңғы өзгертілген: 2025-01-24 13:20:01

Адам жасаған кез келген машина немесе механизм пайдалы жұмыс істеуге арналған. Мұны істеу үшін энергия қажет. Шығарылған және пайдалы жұмыстың арақатынасы туралы мәселені рычагтың тиімділігін анықтау мысалында қарастырайық.

Рычка туралы

Рычаг - күшті шама мен бағытта түрлендіруге қызмет ететін кез келген қарапайым механизм. Ол арқалық пен тіректен тұрады, жалпы жағдайда оның екі қолы бар. Қолдың әрқайсысына күш түседі. Екі күш иықты қарама-қарсы бағытта бұруға бейім. Сондықтан олардың бірі әрқашан екіншісіне қарсы жұмыс істейді.

Рычаг жолда немесе күште жеңіске жетуге мүмкіндік береді, ал сәйкесінше күште немесе жолда жоғалту болады. Оның иық тепе-теңдігін сипаттайтын негізгі тұтқа формуласы төменде берілген:

F/R=d_R/d_F.

Мұнда F күші d_F ұзындықтағы иыққа әсер ететін R жүк салмағына қарсы жұмыс істейді. Жүктің ұзындығы d_{R иықта. Формула күштер мен иықтар арасындағы кері пропорционалдылықты көрсетеді.}

Келесі сәт. Иықтар басталған кездежылжытқанда, олардың бірі h₁ биіктікке көтерілсе, екіншісі h_{2 биіктікке түседі. Иықтардың айналу бұрышы бірдей болатындықтан, басқа күштер болмаған жағдайда, жоғарыдағы формуланы келесідей қайта жазуға болады:}

F/R=h₁/сағ_2.

Одан әрі бұл формула тұтқаның тиімділігін анықтау үшін пайдаланылады.

Қарапайым механизмнің тиімділігі

Физикадағы жұмыс күш пен оның әрекет ету жолының көбейтіндісіне тең шама екенін еске түсірейік:

A=Fl.

Кез келген механизмнің тиімділігі оның жұмысының тиімділігін сипаттайды. Оны мына формула арқылы есептеуге болады:

Тиімділік=A_p/A_z100%.

Бұл жерде A_p механизм орындайтын пайдалы жұмыс болса, A_{z - жұмсалуы керек жұмыс.}

Адамзат тарих бойы A_z=A_p болатын тетіктерді жасауға тырысты, бірақ әлі ешкім бұл теңдікке қол жеткізе алмады. Жұмсалған жұмыс әрқашан A_{p мәнінен жоғары.}

Алдыңғы абзацта алынған рычаг формуласын пайдалана отырып, рычагтың тиімділігін анықтау формуласын жаза аламыз:

A_p=Rh₁; A_h=Fh_2;

Тиімділік=A_p/A_z 100%=Rh₁ /(Fh_2)100%.

Егер рычаг үшін сәйкес өрнекті ескеретін болсақ, оның тиімділігі 100% тең болатын сияқты көрінуі мүмкін. Дегенмен, бұлай емес, өйткені осьте әрқашан үйкеліс барайналу және ауаның үйкелісі. Осы процестердің нәтижесінде жұмсалған жұмыс ішінара қоршаған ортаны және рычаг бөліктерін жылытуға жұмсалады, сондықтан механизмнің ПӘК әрқашан 100% төмен болады.

Тиімділікті анықтау мәселесі

Иінтірекке түсірілген күш F=18 Н салмағы 3 кг жүкті 0,3 метр биіктікке көтеруге әкелді делік. F күшінің иығы 0,6 метрге төмендегенін ескере отырып, рычагтың тиімділігін есептеңіз.

Пайдалы және жұмсалған жұмысты есептеңіз:

A_p=Rh₁=mgh_{1=39,810,3=8,829 Дж;}

А_з=Fh_{2=180,6=10,8 Дж.}

Көріп отырғаныңыздай, A_z > A_{p. Рычагтың тиімділігі:}

Тиімділік=A_p/A_{z100%=8, 829/10, 8100%=81, 75 %.}

Бұл тиімділік мәнін рычагтың айналу осіне майлауды қолдану арқылы арттыруға болады.