Кіріспе
Белгілі бір тіреу нүктесінде бекітілген ілмекке ие арқалықтан тұратын қарапайым машина.
the simple machine
Рычаг – бұл белгілі бір тіреу нүктесінде бекітілген ілмекке (немесе тіреуге) ие арқалық немесе қатты таяқшадан тұратын қарапайым машина. Рычаг – өзінің бір нүктесінде айнала алатын қатты дене. Тіреу нүктесінің, жүктеменің және күштің орналасуына қарай рычаг үш түрге бөлінеді. Бұл – Ренессанс ғалымдары анықтаған алты қарапайым машинаның бірі. Рычаг кіретін күшті күшейтеді, соның нәтижесінде үлкен шығыс күшіне қол жеткізіледі, бұл жүйеде механикалық артықшылықты қамтамасыз етеді, ол шығыс күшінің кіріс күшіне қатынасына тең. Осылайша, рычаг – күшті қозғалысқа айырбастайтын механикалық артықшылық құрылғысы.
Этимология
"Левер" сөзі шамамен 1300 жылы ағылшын тіліне levier сөзінен енген. Ол "көтеру" мағынасын беретін lever етістігінің түбірінен пайда болған. Бұл етістік өз кезегінде levare сөзінен шыққан, ол "жеңіл" (яғни "ауыр емес") дегенді білдіретін levis сөзінен туындаған. Сөздің бастапқы шығу тегі – "жеңіл", "оңай" немесе "шапшаң" сияқты мағыналарды білдіретін прото-индоевропалық тамыр legwh. Осы прото-индоевропалық тамырдан ағылшын тіліндегі "light" сөзі де пайда болған.
Тарих
Левер механизмі туралы ең алғашқы дәлелдер ежелгі Таяу Шығысқа дейін, шамамен б.з.д. 5000 жылға дейін жетеді, ол алғаш рет қарапайым тепе-теңдік таразысында қолданылды. Ежелгі Мысырда шамамен б.з.д. 4400 жылы көлденең қаңқалы тоқыма станогы үшін алғашқы аяқ педалы пайдаланылды. Месопотамияда (қазіргі Ирак) шамамен б.з.д. 3000 жылы шабуф, левер механизмін пайдаланатын кран сияқты құрылғы ойлап табылды. Леверлерге қатысты ең ерте қалған жазбалар б.з.д. 3 ғасырға жатады және грек математигі Архимед жазған, ол "Маған жеткілікті ұзын рычаг пен оны тіреуге арналған тірек беріңіз, мен әлемді жылғалыстатамын" деген сөзді айтқан. Оутон Стэнли қазу таяғын алғашқы рычаг деп санауға болады деп мәлімдейді, бұл тарихқа дейінгі әйелдерді рычаг технологиясын ойлап тапқандар ретінде қарастыруға мүмкіндік береді.
Күш пен рычагтар
Баспалдақ – жермен шарбақ немесе бұрылыс арқылы байланысқан арқалық. Идеалдық баспалдақ энергияны шашыратпайды немесе сақтайды, яғни шарбақта сүріну немесе арқалықта бүгілу болмайды. Бұл жағдайда баспалдаққа кіретін қуат шығыс қуатына тең, ал шығыс және кіріс күшінің арақатынасы осы күштердің қолданылу нүктелеріне дейінгі қашықтықтардың арақатынасымен беріледі. Бұл – баспалдақтың заңы. Баспалдақтың механикалық артықшылығын моменттердің немесе айналу моменттерінің тепе-теңдігін, T, шарбаққа қатысты қарастыру арқылы анықтауға болады. Егер жүрілген қашықтық артық болса, шығыс күші азаяды. Мұндағы F1 – баспалдаққа әсер ететін кіріс күші, ал F2 – шығыс күші. А және b қашықтықтары күштер мен тірек нүктесі арасындағы перпендикуляр қашықтықтар болып табылады. Моменттердің тепе-теңдігі сақталуы керек, сондықтан баспалдақтың механикалық артықшылығы – шығыс күшінің кіріс күшіне қатынасы. Бұл қатынас механикалық артықшылықты кіріс және шығыс күштерінің баспалдаққа қолданылған жеріне дейінгі қашықтықтардың арақатынасынан есептеуге болатындығын көрсетеді, баспалдақ салмақсыз және сүріну, икемділік немесе тозудан туындаған жоғалтулар жоқ деп есептегенде. Бұл а және b-нің «көлденең» қашықтығы (гравитация күшіне перпендикуляр) өзгергенде (кемігенде) де, егер баспалдақ көлденеңнен кез келген позицияға ауысқанда да солай болады.
The mechanical advantage of a lever is the ratio of output force to input force. This relationship shows that the mechanical advantage can be computed from ratio of the distances from the fulcrum to where the input and output forces are applied to the lever, assuming a weightless lever and no losses due to friction, flexibility or wear. This remains true even though the "horizontal" distance (perpendicular to the pull of gravity) of both a and b change (diminish) as the lever changes to any position away from the horizontal.
Жеңiлiктер кластары
Леггерлер тіректің, күштің және кедергінің (немесе жүктеменің) салыстырмалы орналасуына қарай жіктеледі. Кіріс күшін "күш", ал шығыс күшін "жүктеме" немесе "қарсылық" деп атау қалыпты жағдай. Бұл тіректің, қарсылықтың және күштің салыстырмалы орналасуы бойынша үш классқа бөлуге мүмкіндік береді: I класс – Тірек күш пен қарсылықтың арасында орналасқан: күш тіректің бір жағынан, ал қарсылық (немесе жүктеме) екінші жағынан қолданылады. Мысалы, тартыс, бұрыш, қайшы, таразы, қысқыш және шеге қағу балғасы (шегеді тартып алу). Тірек ортада болғанда, леггердің механикалық артықшылығы 1-ден үлкен, кішкентай немесе тең болуы мүмкін. II класс – Қарсылық (немесе жүктеме) күш пен тіректің арасында орналасқан: күш қарсылықтың бір жағынан қолданылады, ал тірек екінші жағында орналасқан, мысалы, арба, жаңғақ қақпақ, бөтелке ашқыш, кілт және автомобильдің тежегіш педалі. Жүктеме қолы күш қолынан кіші болғандықтан, леггердің механикалық артықшылығы әрқашан 1-ден жоғары болады. Оны күшті күшейтуші леггер деп те атайды. III класс – Күш қарсылық пен тіректің арасында орналасқан: қарсылық (немесе жүктеме) күштің бір жағынан қолданылады, ал тірек екінші жағында орналасқан, мысалы, пинцет, балға, екі тісті қысқыш, балық аулау таяғы және адам бас сүйегінің төменгі жақ сүйегі. Күш қолы жүктеме қолынан кіші болғандықтан, леггердің механикалық артықшылығы әрқашан 1-ден кем болады. Оны жылдамдықты күшейтуші леггер деп те атайды. Бұл жағдайларды "fre 123" еске түсіретін сөзбен сипаттауға болады, онда f тірегі 1-класс леггер үшін r және e арасында, r қарсылығы 2-класс леггер үшін f және e арасында, ал e күші 3-класс леггер үшін f және r арасында орналасады.
Class I – Fulcrum is located between the effort and the resistance: The effort is applied on one side of the fulcrum and the resistance (or load) on the other side. For example, a seesaw, a crowbar, a pair of scissors, a balance scale, a pair of pliers, and a claw hammer (pulling a nail). With the fulcrum in the middle, the lever's mechanical advantage may be greater than, less than, or even equal to 1. Class II – Resistance (or load) is located between the effort and the fulcrum: The effort is applied on one side of the resistance and the fulcrum is located on the other side, e. g. a wheelbarrow, a nutcracker, a bottle opener, a wrench, and the brake pedal of a car. Since the load arm is smaller than the effort arm, the lever's mechanical advantage is always greater than 1. It is also called a force multiplier lever. Class III – Effort is located between the resistance and the fulcrum: The resistance (or load) is applied on one side of the effort and the fulcrum is located on the other side, e. g. a pair of tweezers, a hammer, a pair of tongs, a fishing rod, and the mandible of a human skull. Since the effort arm is smaller than the load arm, the lever's mechanical advantage is always less than 1. It is also called a speed multiplier lever. These cases are described by the mnemonic fre 123 where the f fulcrum is between r and e for the 1st class lever, the r resistance is between f and e for the 2nd class lever, and the e effort is between f and r for the 3rd class lever.
Құрама рычаг
Құрама рычаг бірнеше рычагтың тізбектес жұмыс істеуінен құралады: рычагтар жүйесіндегі бір рычагтың қарсыласу күші келесі рычаг үшін күш ретінде әрекет етеді, осылайша қолданған күш бір рычагтан екіншісіне беріледі. Құрама рычагтардың мысалдарына таразы, шеге қағыш және фортепиано пернелері жатады. Кішкентай сүйектер – балғаша, кірпіш және сарышқа ортаңғы құлақта орналасқан және құлақ барабанынан эхоның овал терезесіне дыбыс толқындарын жеткізетін құрама рычагтар ретінде байланысқан.