Des de l'antiguitat, la humanitat ha intentat per qualsevol mitjà facilitar el seu treball físic. Els mecanismes senzills s'han convertit en un mitjà per resoldre aquest problema. Aquest article parla d'invents com la palanca i el bloc, així com el sistema de palanques i blocs.
Què és el palanquejament i quan es va utilitzar?
Probablement tothom està familiaritzat amb aquest senzill mecanisme des de la infància. En física, una palanca és una combinació d'una biga (vara, tauler) i un suport. Serveix com a palanca per aixecar peses o per comunicar velocitat als cossos. Depenent de la posició del suport sota la biga, la palanca pot comportar un guany en força o en el moviment de les càrregues. Cal dir que la palanca no comporta una reducció del treball com a quantitat física, només permet redistribuir la seva execució d'una manera còmoda.
L'home fa molt de temps que utilitza el palanquejament. Per tant, hi ha proves que va ser utilitzat pels antics egipcis en la construcció de les piràmides. La primera descripció matemàtica de l'efecte de la palanca es remunta al segle III aC i pertany a Arquimedes. Una explicació moderna del principi de funcionament d'aquest mecanisme que implicael concepte de moment de força va sorgir només al segle XVII, durant la formació de la mecànica clàssica de Newton.
Regla de palanca
Com funciona la palanca? La resposta a aquesta pregunta està continguda en el concepte de moment de força. Aquest últim s'anomena tal valor, que s'obté com a resultat de multiplicar el braç de la força pel seu mòdul, és a dir:
M=Fd
El braç de la força d és la distància des del punt de suport fins al punt d'aplicació de la força F.
Quan una palanca fa la seva feina, hi actuen tres forces diferents:
- força externa aplicada, per exemple, per una persona;
- el pes de la càrrega que una persona vol moure amb una palanca;
- reacció del suport que actua des del costat del suport a la biga de la palanca.
La reacció del suport equilibra les altres dues forces, de manera que la palanca no avança en l'espai. Perquè no faci també moviment de rotació, cal que la suma de tots els moments de forces sigui igual a zero. El moment de força es mesura sempre en relació a algun eix. En aquest cas, aquest eix és el fulcre. Amb aquesta elecció d'eix, l'espatlla de l'acció de la força de reacció del suport serà igual a zero, és a dir, aquesta força crea un moment zero. La figura següent mostra una palanca típica del primer tipus. Les fletxes marquen la força externa F i el pes de la càrrega R.
Anoteu la suma dels moments d'aquestes forces, tenim:
RdR+ (-FdF)=0
La igu altat a zero de la suma de moments garanteix l'absència de gir dels braços de palanca. Momentla força F es pren amb signe negatiu perquè aquesta força tendeix a girar la palanca en sentit horari, mentre que la força R tendeix a fer aquest gir en sentit antihorari.
Reescrivint aquesta expressió de les formes següents, obtenim les condicions d'equilibri de la palanca:
RdR=FdF;
dR/dF=F/R
Hem obtingut les igu altats escrites utilitzant el concepte de moment de força. Al segle III aC. e. Els filòsofs grecs no coneixien aquest concepte físic, però, Arquimedes va establir una relació inversa entre la relació de les forces que actuen sobre els braços de la palanca i la longitud d'aquests braços com a resultat d'observacions experimentals.
Les igu altats registrades mostren que una disminució de la longitud del braç dR contribueix a l'aparició de la possibilitat d'aixecar grans pesos amb l'ajuda d'una petita força F i una braç llarg dF R càrrega.
Què és un bloc en física?
Block és un altre mecanisme senzill, que és un cilindre rodó amb una ranura al llarg del perímetre de la superfície cilíndrica. El solc serveix per assegurar la corda o la cadena. El bloc té un eix de gir. La figura mostra un exemple de bloc que demostra com funciona.
Aquest bloc s'anomena fix. No augmenta la força, però et permet canviar la seva direcció.
A més del bloc fix, hi ha un bloc mòbil. A continuació es mostra el sistema de blocs mòbils i fixos.
Si s'aplica la regla dels moments a aquest sistema, obtenimel guany de força és dues vegades, però al mateix temps perdem la mateixa quantitat pel camí (a la figura F=60 N).
El sistema de palanques i blocs
Com s'ha esmentat en els paràgrafs anteriors, el palanquejament es pot utilitzar per guanyar camí o poder, mentre que el bloc us permet obtenir poder i canviar la direcció de la seva acció. Aquestes propietats dels mecanismes considerats simples s'utilitzen en sistemes de palanques i blocs. En aquests sistemes, cada element pren una mica de força i la transfereix a altres elements de manera que obtinguem la força original com a resultat.
La facilitat de funcionament de la palanca i el bloc i la flexibilitat del seu ús estructural permeten compondre mecanismes complexos a partir d'aquesta combinació.
Exemples d'ús de sistemes de mecanismes senzills
De fet, totes les màquines que ens envolten són sistemes de palanques i blocs. Aquests són els exemples més famosos:
- màquina d'escriure;
- piano;
- grua;
- bastida plegable;
- llits i taules ajustables;
- un conjunt d'ossos, articulacions i músculs humans.
Si es coneix la força d'entrada en cadascun d'aquests sistemes, la força de sortida es pot calcular aplicant successivament la regla de la palanca a cada element del sistema.
