Использование момента силы в быту и технике. Сила нормальной реакции опоры

Длина и расстояние Масса Меры объема сыпучих продуктов и продуктов питания Площадь Объем и единицы измерения в кулинарных рецептах Температура Давление, механическое напряжение, модуль Юнга Энергия и работа Мощность Сила Время Линейная скорость Плоский угол Тепловая эффективность и топливная экономичность Числа Единицы измерения количества информации Курсы валют Размеры женской одежды и обуви Размеры мужской одежды и обуви Угловая скорость и частота вращения Ускорение Угловое ускорение Плотность Удельный объем Момент инерции Момент силы Вращающий момент Удельная теплота сгорания (по массе) Плотность энергии и удельная теплота сгорания топлива (по объему) Разность температур Коэффициент теплового расширения Термическое сопротивление Удельная теплопроводность Удельная теплоёмкость Энергетическая экспозиция, мощность теплового излучения Плотность теплового потока Коэффициент теплоотдачи Объёмный расход Массовый расход Молярный расход Плотность потока массы Молярная концентрация Массовая концентрация в растворе Динамическая (абсолютная) вязкость Кинематическая вязкость Поверхностное натяжение Паропроницаемость Паропроницаемость, скорость переноса пара Уровень звука Чувствительность микрофонов Уровень звукового давления (SPL) Яркость Сила света Освещённость Разрешение в компьютерной графике Частота и длина волны Оптическая сила в диоптриях и фокусное расстояние Оптическая сила в диоптриях и увеличение линзы (×) Электрический заряд Линейная плотность заряда Поверхностная плотность заряда Объемная плотность заряда Электрический ток Линейная плотность тока Поверхностная плотность тока Напряжённость электрического поля Электростатический потенциал и напряжение Электрическое сопротивление Удельное электрическое сопротивление Электрическая проводимость Удельная электрическая проводимость Электрическая емкость Индуктивность Американский калибр проводов Уровни в dBm (дБм или дБмВт), dBV (дБВ), ваттах и др. единицах Магнитодвижущая сила Напряженность магнитного поля Магнитный поток Магнитная индукция Мощность поглощенной дозы ионизирующего излучения Радиоактивность. Радиоактивный распад Радиация. Экспозиционная доза Радиация. Поглощённая доза Десятичные приставки Передача данных Типографика и обработка изображений Единицы измерения объема лесоматериалов Вычисление молярной массы Периодическая система химических элементов Д. И. Менделеева

1 меганьютон [МН] = 1000000 ньютон [Н]

Исходная величина

Преобразованная величина

ньютон эксаньютон петаньютон тераньютон гиганьютон меганьютон килоньютон гектоньютон деканьютон дециньютон сантиньютон миллиньютон микроньютон наноньютон пиконьютон фемтоньютон аттоньютон дина джоуль на метр джоуль на сантиметр грамм-сила килограмм-сила тонна-сила (короткая) тонна-сила (дл.) тонна-сила (метрическая) килофунт-сила килофунт-сила фунт-сила унция-сила паундаль фунт-фут в сек² грамм-сила килограмм-сила стен грав-сила миллиграв-сила атомная единица силы

Подробнее о силе

Общие сведения

В физике сила определяется как явление, которое изменяет движение тела. Это может быть как движение всего тела, так и его частей, например, при деформировании. Если, к примеру, поднять камень, а потом отпустить, то он упадет, потому что его притягивает к земле сила притяжения. Эта сила изменила движение камня - из спокойного состояния он перешел в движение с ускорением. Падая, камень пригнет к земле траву. Здесь сила, называемая весом камня, изменила движение травы и ее форму.

Сила - это вектор, то есть, у нее есть направление. Если на тело одновременно действует несколько сил, они могут быть в равновесии, если их векторная сумма равна нулю. В этом случае тело находится в состоянии покоя. Камень в предыдущем примере, вероятно, покатится по земле после столкновения, но, в конце концов, остановится. В этот момент сила тяжести будет тянуть его вниз, а сила упругости, наоборот, толкать наверх. Векторная сумма этих двух сил равна нулю, поэтому камень находится в равновесии и не движется.

В системе СИ сила измеряется в ньютонах. Один ньютон - это векторная сумма сил, которая изменяет скорость тела массой в один килограмм на один метр в секунду за одну секунду.

Архимед одним из первых начал изучать силы. Его интересовало воздействие сил на тела и материю во Вселенной, и он построил модель этого взаимодействия. Архимед считал, что если векторная сумма сил, действующих на тело, равна нулю, то тело находится в состоянии покоя. Позже было доказано, что это не совсем так, и что тела в состоянии равновесия также могут двигаться с постоянной скоростью.

Основные силы в природе

Именно силы приводят в движение тела, или заставляют их оставаться на месте. В природе существует четыре основные силы: гравитация, электромагнитное взаимодействие, сильное и слабое взаимодействие. Они также известны под названием фундаментальных взаимодействий. Все другие силы - производные этих взаимодействий. Сильное и слабое взаимодействия воздействуют на тела в микромире, в то время как гравитационное и электромагнитное воздействия действуют и на больших расстояниях.

Сильное взаимодействие

Самое интенсивное из взаимодействий - сильное ядерное взаимодействие. Связь между кварками, которые формируют нейтроны, протоны, и частицы, из них состоящие, возникает именно благодаря сильному взаимодействию. Движение глюонов, бесструктурных элементарных частиц, вызвано сильным взаимодействием, и передается кваркам благодаря этому движению. Без сильного взаимодействия не существовало бы материи.

Электромагнитное взаимодействие

Электромагнитное взаимодействие - второе по величине. Оно происходит между частицами с противоположными зарядами, которые притягиваются друг к другу, и между частицами с одинаковыми зарядами. Если обе частицы имеют положительный или отрицательный заряд, они отталкиваются. Движение частиц, которое при этом возникает - это электричество, физическое явление, которое мы используем каждый день в повседневной жизни и в технике.

Химические реакции, свет, электричество, взаимодействие между молекулами, атомами и электронами - все эти явления происходят благодаря электромагнитному взаимодействию. Электромагнитные силы препятствуют проникновению одного твердого тела в другое, так как электроны одного тела отталкивают электроны другого тела. Изначально считалось, что электрическое и магнитное воздействия - две разные силы, но позже ученые обнаружили, что это разновидность одного и того же взаимодействия. Электромагнитное взаимодействие легко увидеть с помощью простого эксперимента: снять с себя шерстяной свитер через голову, или потереть волосы о шерстяную ткань. Большинство тел имеет нейтральный заряд, но если потереть одну поверхность об другую, можно изменить заряд этих поверхностей. При этом электроны передвигаются между двумя поверхностями, притягиваясь к электронам с противоположным зарядом. Когда на поверхности становится больше электронов, общий заряд поверхности также изменяется. Волосы, «встающие дыбом» когда человек снимает свитер - пример этого явления. Электроны на поверхности волос сильнее притягиваются к атомам с на поверхности свитера, чем электроны на поверхности свитера притягиваются к атомам на поверхности волос. В результате происходит перераспределение электронов, что приводит к появлению силы, притягивающей волосы к свитеру. В этом случае волосы и другие заряженные предметы притягиваются не только к поверхностям не только с противоположным но и с нейтральным зарядами.

Слабое взаимодействие

Слабое ядерное взаимодействие слабее электромагнитного. Как движение глюонов вызывает сильное взаимодействие между кварками, так движение W- и Z- бозонов вызывает слабое взаимодействие. Бозоны - испускаемые или поглощаемые элементарные частицы. W-бозоны участвуют в ядерном распаде, а Z-бозоны не влияют на другие частицы, с которыми приходят в контакт, а только передают им импульс. Благодаря слабому взаимодействию возможно определить возраст материи с помощью метода радиоуглеродного анализа. Возраст археологических находок можно определить, измерив содержание радиоактивного изотопа углерода по отношению к стабильным изотопам углерода в органическом материале этой находки. Для этого сжигают предварительно очищенный небольшой фрагмент вещи, возраст которой нужно определить, и, таким образом, добывают углерод, который потом анализируют.

Гравитационное взаимодействие

Самое слабое взаимодействие - гравитационное. Оно определяет положение астрономических объектов во вселенной, вызывает приливы и отливы, и из-за него брошенные тела падают на землю. Гравитационное взаимодействие, также известное как сила притяжения, притягивает тела друг к другу. Чем больше масса тела, тем сильнее эта сила. Ученые считают, что эта сила также как и другие взаимодействия, возникает благодаря движению частиц, гравитонов, но пока не удалось найти такие частицы. Движение астрономических объектов зависит от силы притяжения, и траекторию движения можно определить, зная массу окружающих астрономических объектов. Именно с помощью таких вычислений ученые обнаружили Нептун еще до того, как увидели эту планету в телескоп. Траекторию движения Урана нельзя было объяснить гравитационными взаимодействиями между известными в то время планетами и звездами, поэтому ученые предположили, что движение происходит под влиянием гравитационной силы неизвестной планеты, что позже и было доказано.

Согласно теории относительности, сила притяжения изменяет пространственно-временной континуум - четырехмерное пространство-время. Согласно этой теории, пространство искривляется силой притяжения, и это искривление больше около тел с большей массой. Обычно это более заметно возле больших тел, таких как планеты. Это искривление было доказано экспериментально.

Сила притяжения вызывает ускорение у тел, летящих по направлению к другим телам, например, падающих на Землю. Ускорение можно найти с помощью второго закона Ньютона, поэтому оно известно для планет, чья масса также известна. Например, тела, падающие на землю, падают с ускорением 9,8 метров в секунду.

Приливы и отливы

Пример действия силы притяжения - приливы и отливы. Они возникают благодаря взаимодействию сил притяжения Луны, Солнца и Земли. В отличие от твердых тел, вода легко меняет форму при воздействии на нее силы. Поэтому силы притяжения Луны и Солнца притягивают воду сильнее, чем поверхность Земли. Движение воды, вызванное этими силами, следует за движением Луны и Солнца относительно Земли. Это и есть приливы и отливы, а силы, при этом возникающие, - приливообразующие силы. Так как Луна ближе к Земле, приливы больше зависят от Луны, чем от Солнца. Когда приливообразующие силы Солнца и Луны одинаково направлены, возникает наибольший прилив, называемый сизигийным. Наименьший прилив, когда приливообразующие силы действуют в разных направлениях, называется квадратурным.

Частота приливов зависит от географического положения водяной массы. Силы притяжения Луны и Солнца притягивают не только воду, но и саму Землю, поэтому в некоторых местах приливы возникают, когда Земля и вода притягиваются в одном направлении, и когда это притяжение происходит в противоположных направлениях. В этом случае прилив-отлив происходит два раза в день. В других местах это происходит один раз в день. Приливы и отливы зависят от береговой линии, океанских приливов в этом районе, и расположения Луны и Солнца, а также взаимодействия их сил притяжения. В некоторых местах приливы и отливы происходят раз в несколько лет. В зависимости от структуры береговой линии и от глубины океана, приливы могут влиять на течения, шторма, изменение направления и силы ветра и изменение атмосферного давления. В некоторых местах используют специальные часы для определения следующего прилива или отлива. Настроив их в одном месте, приходится настраивать их заново при перемещении в другое место. Такие часы работают не везде, так как в некоторых местах невозможно точно предсказать следующий прилив и отлив.

Сила движущейся воды во время приливов и отливов используется человеком с древних времен как источник энергии. Мельницы, работающие на энергии приливов, состоят из водного резервуара, в который пропускается вода во время прилива, и выпускается во время отлива. Кинетическая энергия воды приводит в движение мельничное колесо, и полученная энергия используется для совершения работы, например помола муки. Существует ряд проблем с использованием этой системы, например экологических, но несмотря на это - приливы являются многообещающим, надежным и возобновляемым источником энергии.

Другие силы

Согласно теории о фундаментальных взаимодействиях, все остальные силы в природе - производные четырех фундаментальных взаимодействий.

Сила нормальной реакции опоры

Сила нормальной реакции опоры - это сила противодействия тела нагрузке извне. Она перпендикулярна поверхности тела и направлена против силы, действующей на поверхность. Если тело лежит на поверхности другого тела, то сила нормальной реакции опоры второго тела равна векторной сумме сил, с которой первое тело давит на второе. Если поверхность вертикальна поверхности Земли, то сила нормальной реакции опоры направлена противоположно силе притяжения Земли, и равна ей по величине. В этом случае их векторная сила равна нулю и тело находится в состоянии покоя или движется с постоянной скоростью. Если же эта поверхность имеет уклон по отношению к Земле, и все другие силы, действующие на первое тело в равновесии, то векторная сумма силы тяжести и силы нормальной реакции опоры направлена вниз, и первое тело скользит по поверхности второго.

Сила трения

Сила трения действует параллельно поверхности тела, и противоположно его движению. Она возникает при движении одного тела по поверхности другого, когда их поверхности соприкасаются (трение скольжения или качения). Сила трения также возникает между двумя телами в неподвижном состоянии, если одно лежит на наклонной поверхности другого. В этом случае - это сила трения покоя. Эта сила широко используется в технике и в быту, например при движении транспорта с помощью колес. Поверхность колес взаимодействует с дорогой и сила трения не позволяет колесам скользить по дороге. Для увеличения трения на колеса надевают резиновые шины, а в гололед на шины надевают цепи, чтобы еще больше увеличить трение. Поэтому без силы трения невозможен автотранспорт. Трение между резиной шин и дорогой обеспечивает нормальное управление автомобилем. Сила трения качения меньше по величине сухой силы трения скольжения, поэтому последняя используется при торможении, позволяя быстро остановить автомобиль. В некоторых случаях, наоборот, трение мешает, так как из-за него изнашиваются трущиеся поверхности. Поэтому его убирают или сводят к минимуму с помощью жидкости, так как жидкостное трение намного слабее сухого. Именно поэтому механические детали, например, велосипедную цепь, часто смазывают маслом.

Силы могут деформировать твердые тела, а также изменять объем жидкостей и газов и давление в них. Это происходит когда действие силы распределяется по телу или веществу неравномерно. Если достаточно большая сила действует на тяжелое тело, его можно сжать его то до очень маленького шара. Если размер шаре меньше определенного радиуса, то тело становится черной дырой. Этот радиус зависит от массы тела и называется радиусом Шварцшильда . Объем этого шара настолько мал, что, по сравнению с массой тела, почти равен нулю. Масса черных дыр сконцентрирована в таком незначительно малом пространстве, что у них огромная сила притяжения, которая притягивает к себе все тела и материю в определенном радиусе от черной дыры. Даже свет притягивается к черной дыре и не отражается от нее, поэтому черные дыры действительно черны - и называются соответственно. Ученые считают, что большие звезды в конце жизни превращаются в черные дыры и растут, поглощая окружающие предметы в определенном радиусе.

Вы затрудняетесь в переводе единицы измерения с одного языка на другой? Коллеги готовы вам помочь. Опубликуйте вопрос в TCTerms и в течение нескольких минут вы получите ответ.

1 ньютон [Н] = 0,001 килоньютон [кН]

Исходная величина

Преобразованная величина

Удельный расход топлива

Подробнее о силе

Общие сведения

Основные силы в природе

Сильное взаимодействие

Электромагнитное взаимодействие

Слабое взаимодействие

Гравитационное взаимодействие

Приливы и отливы

Другие силы

Сила нормальной реакции опоры

Сила трения

1 ньютон-сантиметр [Н·см] = 0,01 ньютон-метр [Н·м]

Исходная величина

Преобразованная величина

ньютон-метр ньютон-сантиметр ньютон-миллиметр килоньютон-метр дина-метр дина-сантиметр дина-миллиметр килограмм-сила-метр килограмм-сила-сантиметр килограмм-сила-миллиметр грамм-сила-метр грамм-сила-сантиметр грамм-сила-миллиметр унция-сила-фут унция-сила-дюйм фунт-сила фут фунт-сила дюйм

Подробнее о вращающем моменте

Общие сведения

Кода на тело действует сила в определенном направлении - тело поворачивается. Это стремление силы поворачивать тело описывается физической величиной - вращающим моментом или моментом силы. Сама сила, которая вызывает поворот или кручение, а также расстояние между точкой ее приложения и точкой вращения тела влияют на момент силы. В данном случае сила - векторная величина, поэтому важно также и направление силы, то есть угол между направлением силы и отрезком, соединяющим точку приложения силы и центр вращения тела. Если этот угол прямой, то есть сила приложена перпендикулярно отрезку, то момент силы - максимальный. По мере того, как сила становится параллельной отрезку, момент силы уменьшается. То есть, чем ближе угол к 0° или 180°, тем слабее момент силы, пока он не становится равным нулю, когда направление силы параллельно отрезку. Удобно представить момент силы, как комбинацию расстояния, на которое удалена сила от точки вращения, и силы, которая необходима, чтобы заставить тело вращаться с определенной интенсивностью.

Давайте посмотрим на эту взаимосвязь на иллюстрации. Здесь силы F2, F3 и F5 перпендикулярны отрезку между осью вращения, обозначенной голубым цветом в центре штурвала, и точкой приложения силы. Создаваемый ими момент силы - максимален. С другой стороны, силы F1 и F4 приложены под углом, отличным от 90°, и создаваемый ими момент силы не максимален. То есть, момент силы этих двух сил отличается от момента силы других трех сил, хотя величина всех сил на рисунке - одинакова.

Чтобы повернуть тело под воздействием силы с заданными условиями, необходимо создать момент силы. Так как эта величина зависит и от расстояния, и от силы, то для получения заданного момента можно изменять либо силу, либо расстояние от точки приложения до точки вращения. Люди используют эту зависимость испокон веков.

Использование момента силы в быту и технике

Обычно легче увеличить расстояние между телом и точкой приложения силы, чем саму силу. Поэтому чаще всего, когда силы человека или животного недостаточно для того или иного задания, которое включает вращение, используют рычаги и другие устройства, чтобы увеличить расстояние между силой и осью вращения, и тем самым увеличить момент силы. Например, чтобы повернуть мельницу или колесо, на которое наматывают цепь, чтобы поднять тяжелый мост, люди или животные вращают устройства с длинными ручками или рычагами. Длинные рычаги и ручки позволяют увеличить приложенное усилие. Это увеличение пропорционально расстоянию между осью вращения тела и точкой приложения силы.

Велосипедные педали

Момент силы используется также в педалях велосипедов. Чем дальше ступня от центра велосипедного колеса, тем меньше нужно силы, чтобы повернуть это колесо с помощью педали. Длина наших ног ограничивает максимальную длину педалей - если сделать педали длиннее, чем делают их сейчас на современных велосипедах, то крутить их будет неудобно. Несмотря на эти ограничения, педали сильно облегчают передвижение на велосипеде. Конструкция велосипедных педалей настолько удобна, что некоторые люди, особенно в развивающихся странах, где не всегда есть доступ к новейшей технике, используют велосипедные педали в конструкции других устройств, где нужно ножное или ручное управление. Иногда такие педали устанавливают на инвалидные коляски, чтобы облегчить ручное кручение колес. В этом случае можно немного удлинить педали, чтобы увеличить момент силы, хотя это может несколько затруднить управление коляской.

Гаечный ключ

Гаечные ключи используют момент силы, чтобы уменьшить силу, необходимую для затягивания или откручивания гайки или болта. Гаечный ключ сделан так, чтобы его удобно было держать, но в то же время его длинная ручка увеличивает силу, к нему приложенную, чтобы затянуть или открутить болт или гайку. Иногда достаточно маленького ключа с короткой ручкой, но в некоторых случаях нужна ручка длиннее, например, если мы пытаемся открутить заржавевшую гайку. Если под рукой не оказалось гаечного ключа, можно использовать плоскогубцы. Их длинные ручки создают достаточно высокий момент силы, хотя иногда они сжимают гайку или винт недостаточно сильно, и могут их повредить.

Удобство гаечного ключа в том, что когда он подобран по размеру к гайке, сила нужна только для того, чтобы повернуть ключ, но не для того, чтобы удерживать его на гайке. Плоскогубцы, наоборот, нужно удерживать вокруг гайки, чтобы они не сорвались, и на это тратится дополнительная сила. Именно поэтому во многих случаях гаечный ключ более экономичен с точки зрения затраченной энергии. С другой стороны, в некоторых случаях плоскогубцы удобнее - например их можно использовать под углом в труднодоступных местах, в то время как гаечный ключ часто работает только в одной плоскости с гайкой. Если откручивать гайку под наклоном, то момент силы уменьшится, но это лучше, чем совсем не иметь возможности ее отвернуть.

Аналогично работают и инструменты, предназначенные для отвинчивания крышек с законсервированных банок. Обычно это резиновый жгут, прикрепленный к ручке так, что жгут образует петлю, диаметр которой регулируется. Сама петля закрепляется на крышке и не влияет на момент силы, а вот ручка как раз помогает создать нужный момент. Чем она больше, тем больше момент силы. Благодаря ему, банку открыть намного легче, чем руками, с использованием полотенца или материала с высоким коэффициентом трения.

Маховик

Хороший пример устройства, которое использует момент силы - маховик. Момент силы приводит его в движение, а также помогает ускорить маховик и, благодаря этому движению, получить энергию. Маховик накапливает и хранит ее для дальнейшего использования. Если эта энергия нужна для других целей, то момент силы, наоборот, замедляет скорость маховика, и вырабатывается энергия, которую потом используют по назначению. Маховики используют в случае, если источник энергии работает в прерывистом режиме, а энергия нужна постоянно. Именно так используют маховики в двигателях автомобилей, где энергия выделяется «вспышками», при сгорании топлива.

В некоторых случаях нужен обратный эффект, то есть необходимо кратковременно подать большое количество энергии, обычно больше, чем источник энергии может выработать в течение заданного промежутка времени. В такой ситуации маховик на протяжении некоторого времени накапливает энергию, поступающую небольшими порциями, чтобы потом отдать нужное количество.

Качели и рычаги

Сила, с которой два ребенка надавливают на качели-балансир, когда сидят по обе стороны от центра, двигает эти качели вверх и вниз. То есть, при этом происходит частичное вращение качелей вокруг своей оси. Если вес обоих детей приблизительно одинаков, то они легко могут качаться на таких качелях. Детям разного веса намного труднее - более тяжелый ребенок тянет качели со своей стороны вниз, а более легкому ребенку не хватает веса, чтобы опустить качели в свою сторону. Это происходит потому, что вес тяжелого ребенка производит больший момент силы. Чтобы решить эту проблему, большому ребенку нужно пересесть ближе к центру настолько, насколько его вес превышает вес второго ребенка. Например, если большой ребенок в три раза тяжелее, то пересесть ему нужно в три раза ближе, и тогда качели придут в равновесие.

Рычаги действуют аналогично: момент силы в них используется для того, чтобы уменьшить силу, нужную для совершения определенной работы. Обычно рычаг - это продолговатый предмет, например ручка или планка, которая вращается вокруг точки, называемой центром вращения или точкой опоры. К другой точке рычага прикладывают силу, которая, благодаря длине рычага, увеличивается или уменьшается в зависимости от конструкции рычага и его назначения.

Рычаги делят на три рода, в зависимости от того, где точка опоры, как приложена сила , которая их поворачивает, и где приложена сила сопротивления . Обычно их называют рычагами первого, второго, и третьего рода. Иногда не совсем понятно, при чем тут сила сопротивления, но она действительно есть. Она противодействует силе, которая направлена на то, чтобы повернуть рычаг. Когда приложенная сила больше силы сопротивления, рычаг поворачивается. Мы, а также другие животные, используем эти принципы в организме, и части нашего тела становятся рычагами, как показано на примерах ниже.

Рычаг первого рода похож по конструкции на детские качели-балансир, описанные выше. точка опоры в них посередине, сила приложена на одном конце, а сопротивление возникает на другом конце. Ось вращения в рычаге второго рода находится с одного края рычага, и рядом с ним возникает сопротивление. Сила прилагается к такому рычагу на другом конце. Рычаг третьего рода устроен похоже, но ближе к центру вращения, находящемуся у конца рычага, не сопротивление, а сила, прикладываемая к рычагу. Сопротивление возникает на другом конце рычага.

Рычаги первого рода

Равноплечие весы с чашками - пример рычагов первого рода. Ножницы - тоже, только они состоят из двух рычагов, соединенных между собой. С их помощью намного легче, чем ножом, аккуратно разрезать некоторые материалы, например бумагу или ткань. Чем длиннее ручки, тем более толстые и твердые материалы можно разрезать. С другой стороны, чем дальше поместить от оси вращения материал, который нужно разрезать, тем труднее это сделать.

Чем толще материал, который нужно разрезать, тем больший момент силы необходим для этого, и тем длиннее должны быть ручки ножниц и прочнее материал, из которых они сделаны. В некоторых случаях к ножницам добавляют пружину, которая делает их более удобными в использовании. Так, например, устроен садовый секатор. Кроме этого у специализированных ножниц бывают и другие особенности. В медицине используют ножницы с закругленными, тупыми и острыми концами, в зависимости от их назначения. В отличие от скальпеля, ими удобнее работать и у них механическое преимущество над скальпелем, хотя скальпель тоже широко используется, так как в некоторых случаях он удобнее ножниц. Медицинские ножницы, предназначенные для использования врачами скорой помощи, закруглены на конце, чтобы можно было разрезать ими одежду, не повредив кожи. Некоторые медицинские ножницы - очень маленькие. Например, офтальмологические хирургические ножницы могут быть всего 6 сантиметров длиной, с лезвием до 2 сантиметров, и даже короче.

Лом-монтировку или лом-гвоздодер, называемый также «фомкой» тоже можно считать рычагом первого рода, хотя иногда, в зависимости от использования, он может быть и рычагом второго или третьего рода. Чаще всего его используют, чтобы вынуть забитые гвозди, или разобщить два предмета, соединенных клеем, гвоздями, скрепками, и аналогичными способами. Лом получил дурную репутацию, как инструмент воров, взломщиков, и других преступников, хотя на самом деле преступники используют любые подручные материалы и инструменты, лишь бы они помогли добиться конечного результата.

Пример рычага первого рода в организме людей и некоторых животных - голова. Она находится в равновесии на шее. Шея - центр вращения, сила мышц прилагается с одной стороны головы, сила сопротивления - с другой. Когда приложенная сила достаточно велика, голова наклоняется в сторону направления этой силы.

Рычаги второго рода

Примеры рычагов второго рода - челюсти людей и животных, и клювы птиц. Являются ими и щипцы для орехов, а также декоративные щелкунчики. Щипцы чаще всего делают из металла, хотя иногда встречаются изделия и из других материалов, например из дерева. Щелкунчики - стилизованные щипцы, сделанные из дерева, и украшенные наподобие кукол. Раньше их использовали по прямому назначению, но сейчас это по большей части украшения. Чаще всего их делают в форме солдат, королей, и других фигурок. В США и Канаде такие фигурки часто используют как новогодние украшения. Считается, что щелкунчиков начали делать в лесистых районах Германии. Их там делают на продажу как сувениры и до сих пор. Сейчас для расщепления орехов чаще всего используют обычные щипцы, а не щелкунчиков. Такие щипцы похожи на щипцы для расщепления клешней крабов и омаров. Кстати, сами крабовые и омаровые клешни - тоже рычаги второго ряда, и работают по тому же принципу, что и щипцы для орехов.

Чеснокодавилка - еще один пример рычагов второго ряда. По устройству она похожа на щипцы для орехов. Ее часто используют в быту, хотя некоторые повара предпочитают мелко резать чеснок, и считают, что чеснокодавилка портит вкус чеснока. Другие, наоборот, пользуются только чеснокодавилкой, так как вкус чеснока при ее использовании усиливается.

Ступня людей и некоторых животных - тоже рычаг второго типа. Точка опоры в этом случае в районе пальцев, мышцы ноги прикладывают силу около пятки, а сила сопротивления - это наш вес. Этот «рычаг» позволяет нам держать равновесие, а также подниматься и опускаться на пальцах.

Другие примеры рычагов второго класса - тачки, тормоза в автомобиле и двери. Если толкнуть дверь рядом с осью вращения, то она вряд ли откроется, но если толкать как можно дальше от этой оси, то даже тяжелая дверь легко поддается. Именно поэтому ручки делают со стороны, противоположной расположению петель. Чтобы даже тяжелую дверь было легко открывать, ее можно сделать шире.

Открывалки для бутылок - тоже рычаги второго класса, особенно те, что не прикреплены к стене, как в некоторых барах и ресторанах. В некоторых перочинных ножах имеются маленькие открывалки; также популярны брелки-открывалки. Если под рукой нет открывалки, то иногда получается использовать подручные материалы, например нож или вилку. Сами открывалки можно в некоторых случаях использовать, чтобы поддеть закрученную крышку на банке - если сделать это удачно, то банка легче откроется. Иногда открывалки используют как рычаги первого класса. В этом случае открывалку закрепляют на крышке иначе и давят на нее снизу, а не сверху, как с рычагами второго рода.

Рычаги третьего рода

Если поднимать рукой тяжелые предметы, сгибая локоть, то рука становится рычагом третьего рода. Во время бега и ходьбы, ноги тоже становятся рычагами. Точка опоры рычага в этом случае - в локтях и коленях. Если «продлить» руку инструментом, например бейсбольной битой или теннисной ракеткой, то опять получится рычаг третьего рода. Чтобы заставить этот рычаг двигаться, силу прикладывают возле центра вращения. При этом сопротивление образуется на другом конце. В случае с ракеткой и битой, сопротивление - в месте, где они соприкасаются с мячом. Удочка - тоже рычаг третьего рода, и сила прикладывается к ней в районе запястья.

Другие примеры рычагов третьего рода - молоток, и аналогичные инструменты, такие как лопаты, грабли, веники, и мухобойки. Некоторые инструменты состоят сразу из двух рычагов, действующих по направлению друг к другу. Так устроены, например, пинцет, степлер и щипцы.

Пример

Теперь давайте рассмотрим пример. Представим, что обычный человек среднего телосложения может поднять камень весом в 20 кг. Конечно, это будет нелегко, и придется сильно напрячь мышцы, но поднять такой камень вполне возможно. С другой стороны, маленький ребенок такой камень поднять не в состоянии. Если же дать ребенку достаточно длинный и прочный лом и научить его, как им пользоваться, то он справится с этой задачей, так как сила, нужная для того, чтобы поднять камень, намного уменьшится. Архимед говорил, что он может сдвинуть Землю, если встанет достаточно далеко от нее, и возьмет длинный рычаг. Это утверждение основано на таком же принципе. После того, как мы поднимем наш 20-ти-киллограммовый камень с помощью лома - рычага первого рода - мы можем погрузить его на тачку - рычаг второго рода - и отвезти, куда необходимо, поднимая за ручки руками - рычагами третьего рода.