Три вида рычагов в робототехнике

Три вида рычагов в робототехнике

Очень часто в робототехнике и при создании моделей приходится применять простейшие механизмы, без которых не обходилось человечество на протяжении тысячелетий. Как объяснить принцип работы механизмов ребенку 8-10 лет. Сегодня рассмотрим работу простейшего механизма: рычага. Наверное не каждый взрослый знает, что рычаги бывают 1,2 и 3-го рода. Как отличить? Тем более объяснить школьнику, не изучавшему пока курс физики. Хочу привести пример, с помощью каких простейших устройств можно рассказать как работает и чем отличается каждый из приведенных мной рычагов.

Посмотрите на рисунок и скажите, чем отличаются изображенные рычаги?

Примеры рычагов: гвоздодер, тачка и метла.

Где в этих примерах расположены точки нагрузки, приложения усилия относительно точки опоры.

Про тачку – нагрузкой является груз, а усилие прикладывает человек на рукоятки тачки.

Про гвоздодер — нагрузкой является вытаскиваемый гвоздь, а усилие прикладывается на край рукоятки молотка.

Про метлу — нагрузкой является мусор, а усилие прикладывается на середину ручки метлы.

Рычаг первого рода . Точки приложения сил находятся по разные стороны от точки опоры. Усилие приложено к длинному плечу рычага.

Рычаг второго рода . Точки приложения сил находятся по одну сторону от точки опоры. Усилие приложено к длинному плечу рычага.

Рычаг третьего рода . Точки приложения сил находятся по одну сторону от точки опоры. Усилие приложено к короткому плечу рычага.

Я думаю, что после таких примеров ребенок запомнит, и правильно применит в своем устройстве необходимый рычаг. А главное сможет их различать. Если Вам понравилась моя статья, ставьте лайки. До новых встреч.

Источник



Дверь рычаг первого или второго рода

Ежеминутно сквозь человека проходит 1 000 000 000 000 000 элементарных частиц — нейтрино. Однако это не вредит человеческому здоровью. Нейтрино могут проникать через любые предметы, не взаимодействуя с ними.

—>СТАТИСТИКА —>

—>МЫ ВКОНТАКТЕ —>

—>НЕМНОГО РЕКЛАМЫ —>

Наши спонсоры

Рычаг — э то простейшее механическое устройство, представляющее собой твёрдое тело (перекладину), вращающееся вокруг точки опоры. Стороны перекладины по бокам от точки опоры называются плечами рычага.

Рычаг используется для получения большего усилия на коротком плече с помощью меньшего усилия на длинном плече (или для получения большего перемещения на длинном плече с помощью меньшего перемещения на коротком плече).

Выигрыш в силе, который способен дать конкретный рычаг напрямую зависит от длин его плеч. Для расчёта выигрыша в силе используется следующее соотношение:

т.е. мы можем получить выигрыш в силе во столько раз, во сколько раз большее плечо рычага длиннее его меньшего плеча.

В зависимости от конструкции, рычаги делят на два вида:

Рычаг I рода (точки приложения сил, в таком рычаге, расположены по разные стороны от точки опоры. Примеры: ножницы, консервный нож, лопата);

Рычаг II рода (точки приложения сил расположены по одну сторону относительно точки опоры. Примеры: дверь, тачка, орехокол).

При этом, в рычагах I рода, направления приложенных сил совпадают, а в рычагах II рода силы направлены в противоположные стороны.

Описание опыта

Для начала, мы подвешиваем наш самодельный рычаг I рода на опору (рычаг изготовлен из деревянной линейки и канцелярских зажимов). На рычаге на равных расстояниях закреплены канцелярские зажимы (нужны для подвешивания грузов). Затем мы уравновешиваем рычаг одинаковыми по массе грузиками. Для этого нам пришлось повесить грузики на одинаковом расстоянии от точки опоры.

Читайте также:  Разборка передней двери гольф плюс

Если попробовать переместить любой из грузиков на другое расстояние, то рычаг выходит из положения равновесия. В нашем случае мы уменьшили плечо силы для левого грузика в два раза. Для того, чтобы вернуть рычаг обратно в положение равновесия, не передвигая при этом грузики, нам пришлось в два раза облегчить грузик, оставшийся справа.

Вывод: рычаг позволяет во столько раз выиграть в силе, во сколько раз различаются длины его плеч.

Во второй части опыта, мы соорудили рычаг II рода, сместив точку опоры к его левому краю. Подвесив груз к одному из зажимов, мы попытались измерить силу, необходимую для уравновешивания рычага, приложенную в точке подвеса грузов. Динамометр показал значение в 2 (Н). Передвинув точку приложения силы правее, мы увеличили длину плеча приложения силы в два раза. Измерив динамометров данную силу, мы получили значение в 1 (Н). Таким образом мы доказали, что рычаг II рода работает по тем же принципам, что и рычаг I рода.

Источник

Учебники

Разделы физики

Журнал «Квант»

Лауреаты премий по физике

Общие

Т. Простые механизмы

Закажите быструю доставку самолетом в любой город РФ в компании Авиастар.

Содержание

  • 1 Простейшие механизмы
    • 1.1 Наклонная плоскость
    • 1.2 Рычаг
    • 1.3 Блок
  • 2 Литература

Простейшие механизмы

Для облегчения совершения механической работы издавна используются различные приспособления — простые механизмы.

Простые механизмы — это устройства, в которых работа совершается только за счет механической энергии. Простые механизмы (рычаг, наклонная плоскость, блок и др.) служат для преобразования силы, их применяют при совершении работы в тех случаях, когда надо действием одной силы уравновесить другую силу.

Наклонная плоскость

Ее используют в тех случаях, когда надо поднять тяжелый груз на некоторую высоту.

Рассмотрим гладкую наклонную плоскость (рис. 1). Рассчитаем силу F, которую надо приложить к телу массой m, чтобы поднять его равномерно на высоту h.

Запишем основное уравнение динамики\[

\vec F + \vec N + m \vec g = 0\]. Спроецируем это равенство на ось Ox\[

F — mg \sin \alpha = 0\]. Отсюда искомая сила

F = mg \sin \alpha = mg \frac hl \Rightarrow \frac = \frac lh,\)

т.е для равномерного поднятия груза с помощью наклонной плоскости необходимо приложить силу, во столько раз меньшую силы тяжести груза, во сколько раз длина наклонной плоскости больше ее высоты.

Рычаг

Рычагом называют имеющее неподвижную ось вращения твердое тело, на которое действуют силы, стремящиеся повернуть его вокруг этой оси. Различают рычаги первого и второго рода.

Рычагом первого рода называют рычаг, ось вращения О которого расположена между точками А и В приложения сил, а сами силы направлены в одну сторону (рис. 2, а). Это коромысло равноплечих весов, железнодорожный шлагбаум, ножницы и др.

Рычаг второго рода — рычаг, ось вращения О которого расположена по одну сторону от точек приложения сил, а сами силы направлены противоположно друг другу (рис. 2, б). Это гаечные ключи, щипцы для раскалывания орехов, двери и др.

Условие равновесия рычага вытекает из правила моментов M1 = M2.

Так как M1 = F1l1 и M2 = F2l2, где l1 и l2 — плечи сил, действующих на рычаг, то \(

\frac = \frac\) — условие равновесия рычага.

При равновесии рычага под действием двух сил модули этих сил обратно пропорциональны их плечам.

Читайте также:  Двери Toyota Rav4 в Санкт Петербурге

С помощью рычага можно получить выигрыш в силе, т.е. меньшей силой можно уравновесить большую силу.

Блоки используют для поднятия грузов. Блок представляет собой колесо с желобом, укрепленное в обойме. По желобу блока пропускают веревку, трос или цепь. Неподвижным называют такой блок, ось которого закреплена и при подъеме грузов она не поднимается и не опускается (рис. 3, а, б).

Неподвижный блок можно рассматривать как равноплечий рычаг, у которого плечи приложенных сил равны радиусу колеса. Следовательно, из правила моментов mgr = Fr вытекает, что неподвижный блок выигрыша в силе не дает (F = mg). Он позволяет менять направление действия силы.

На рисунке 4, а, б изображен подвижный блок (ось блока поднимается и опускается вместе с грузом). Такой блок поворачивается около мгновенной оси О. Правило моментов для него будет иметь вид

mgr = F \cdot 2r \Rightarrow F = \frac<2>.\)

Таким образом, подвижный блок дает выигрыш в силе в два раза.

Обычно на практике применяют комбинацию неподвижного блока с подвижным (рис. 5). Неподвижный блок применяется только для удобства. Он, изменяя направление действия силы, позволяет, например, поднимать груз, стоя на земле.

Литература

Аксенович Л. А. Физика в средней школе: Теория. Задания. Тесты: Учеб. пособие для учреждений, обеспечивающих получение общ. сред, образования / Л. А. Аксенович, Н.Н.Ракина, К. С. Фарино; Под ред. К. С. Фарино. — Мн.: Адукацыя i выхаванне, 2004. — C. 73-75.

Источник

Рычаг в физике — простой механизм

date image2020-04-20
views image175

facebook icon vkontakte icon twitter icon odnoklasniki icon

Один из самых простых и распространенных механизмов, который изучают в физике еще в седьмом классе – рычаг. Рычагом в физике называют твердое тело, способное вращаться вокруг неподвижной опоры.

Различают два вида рычагов. У рычага первого рода точка опоры находится между линиями действия приложенных сил. У рычага второго рода точка опоры расположена по одну сторону от них. То есть, если мы пытаемся при помощи лома сдвинуть с места тяжелый предмет, то рычаг первого рода – это ситуация, когда мы подкладываем брусок под лом, надавливая на свободный конец лома вниз. Неподвижной опорой у нас в данном случае будет являться брусок, а приложенные силы располагаются по обе стороны от него. А рычаг второго рода – это когда мы, подсунув край лома под тяжесть, тянем лом вверх, пытаясь таким образом перевернуть предмет. Здесь точка опоры находится в месте упора лома о землю, а приложенные силы расположены по одну сторону от точки опоры.

Закон равновесия сил на рычаге

Используя рычаг, мы можем получить выигрыш в силе и поднять неподъемный голыми руками груз. Расстояние от точки опоры до точки приложения силы называют плечом силы. Причем, можно рассчитать равновесие сил на рычаге по следующей формуле:

F1 / F2 = l2 / l1,

где F1 и F2 – силы, действующие на рычаг,
а l2 и l1 – плечи этих сил.

Это и есть закон равновесия рычага, который гласит: рычаг находится в равновесии тогда, когда действующие на него силы обратно пропорциональны плечам этих сил. Этот закон был установлен Архимедом еще в третьем веке до нашей эры. Из него следует, что меньшей силой можно уравновесить большую. Для этого необходимо, чтобы плечо меньшей силы было больше плеча большей силы. А выигрыш в силе, получаемый с помощью рычага, определяется отношением плеч приложенных сил.

Читайте также:  Двери межкомнатные плоские белые

Начав использоваться с глубокой древности, рычаг повсеместно применяется и в наши дни, как на производстве, например, подъемные краны, так и в быту, например, ножницы, весы и так далее.

Момент силы: правило и применение

Почти две тысячи лет просуществовало правило рычага, открытое Архимедом еще в третьем веке до нашей эры, пока в семнадцатом веке с легкой руки французского ученого Вариньона не получило более общую форму.

Правило момента сил

Было введено понятие момента сил. Момент силы – это физическая величина, равная произведению силы на ее плечо:

M=Fl,

где M – момент силы,
F – сила,
l – плечо силы.

Из правила равновесия рычага напрямую вытекает правило моментов сил:

F1 / F2 = l2 / l1 или, по свойству пропорции F1 * l1= F2 * l2, то есть M1 = M2

В словесном выражении правило моментов сил звучит следующим образом: рычаг находится в равновесии под действием двух сил, если момент силы, вращающей его по часовой стрелке, равен моменту силы, вращающей его против часовой стрелки. Правило моментов сил справедливо для любого тела, закрепленного вокруг неподвижной оси. На практике момент силы находят следующим образом: по направлению действия силы проводят линию действия силы. Потом из точки, в которой находится ось вращения, проводят перпендикуляр до линии действия силы. Длина этого перпендикуляра будет равняться плечу силы. Умножив значение модуля силы на ее плечо, получаем значение момента силы относительно оси вращения. То есть, мы видим, что момент силы характеризует вращающее действие силы. Действие силы зависит и от самой силы и от ее плеча.

Применение правила моментов сил в различных ситуациях

Отсюда вытекает применение правила моментов сил в различных ситуациях. Например, если мы открываем дверь, то толкать ее мы будем в районе ручки, то есть, подальше от петель. Можно проделать элементарный опыт и убедиться, что толкать дверь тем легче, чем дальше мы прилагаем силу от оси вращения. Практический эксперимент в данном случае прямо подтверждается формулой. Так как, дабы моменты сил при разных плечах были равны, надо, чтобы большему плечу соответствовала меньшая сила и наоборот, меньшему плечу соответствовала большая. Чем ближе к оси вращения мы прилагаем силу, тем она должна быть больше. Чем дальше от оси мы воздействуем рычагом, вращая тело, тем меньшую силу нам необходимо будет приложить. Числовые значения легко находятся из формулы для правила моментов.

Именно исходя из правила моментов сил мы берем лом или длинную палку, если нам надо приподнять что-то тяжелое, и, подсунув под груз один конец, тянем лом возле другого конца. По этой же причине шурупы мы вворачиваем отверткой с длинной ручкой, а гайки закручиваем длинным гаечным ключом.

За единицу момента силы принят ньютон на метр (1 Н/м). это момент силы 1 ньютон, имеющей плечо в 1 метр.

Рычаги в природе, быту и технике

Рычаг — один из наиболее распространенных и простых типов механизмов в мире, присутствующий как в природе, так и в рукотворном мире, созданном человеком.

Источник

Related Post

Сколько нужно пистоны и пластиковые крепежиСколько нужно пистоны и пластиковые крепежи

Сколько нужно пистоны и пластиковые крепежи? Рекомендуем почитать на тему Сколько нужно пистоны и пластиковые крепежи? интересно у кого сколько топлива жрёт машина. Задумываюсь вот.. нужны комментарии и советы) Проемы

Двойная раздвижная дверь ПОРТА белая ПОДвойная раздвижная дверь ПОРТА белая ПО

Двойная раздвижная дверь ПОРТА белая ПО 19 032 руб. Заказ по телефону: Вы выбрали комплектующие на сумму: 0.0 руб. Информация Описание Характеристики Доставка Замер Установка Описание Характеристики Полотно – 2

Как выбрать размер межкомнатной двериКак выбрать размер межкомнатной двери

Размеры стандартных дверных проемов: межкомнатных и входных При капитальном ремонте или стройке надо учесть все — даже ширину и высоту дверей. Габариты дверных проемов, конечно, могут быть произвольными, но тогда

Adblock
detector