L'equilibri en física és un estat del sistema, en el qual es troba en repòs relatiu als objectes circumdants. L'estàtica és l'estudi de les condicions d'equilibri. Un dels mecanismes, el coneixement de les condicions d'equilibri per al funcionament del qual és de fonamental importància, és la palanca. Considereu a l'article quins tipus de palanquejament són.
Què hi ha a la física?
Abans de parlar dels tipus de palanques (en física, 7è aprova aquest tema), anem a definir aquest dispositiu. Una palanca és un mecanisme senzill que permet convertir la força en distància i viceversa. La palanca té un dispositiu senzill, consta d'una biga (tauler, vareta), que té una certa longitud, i un suport. La posició del suport no és fixa, de manera que es pot situar tant al mig de la biga com al seu extrem. Observem de seguida que la posició del suport determina generalment el tipus de palanca.
Aquest últim ha estat utilitzat per l'home des de temps immemorials. Així doncs, se sap que a l'antiga Mesopotàmia o a Egipte, amb l'ajuda d'ella, aixecaven aigua dels rius o moveven pedres enormes durantconstrucció de diferents estructures. Va utilitzar activament la palanca a l'antiga Grècia. L'única evidència escrita que ha sobreviscut de l'ús d'aquest senzill mecanisme és "Vides paral·leles" de Plutarc, on el filòsof dóna un exemple de l'ús del sistema de blocs i palanques d'Arquimedes.
El concepte de parell
Entendre el principi de funcionament dels diferents tipus de palanques en física és possible si s'estudia la qüestió de l'equilibri del mecanisme considerat, que està estretament relacionada amb el concepte de moment de força.
El moment de la força és el valor que s'obté multiplicant la força per la distància des del punt de la seva aplicació fins a l'eix de gir. Aquesta distància s'anomena "espatlla de la força". Denotem F i d - la força i la seva espatlla, respectivament, i obtenim:
M=Fd
El moment de força proporciona la capacitat de girar al voltant d'aquest eix de tot el sistema. Exemples vívids en què podeu observar el moment de la força en acció són desenroscar una femella amb una clau anglesa o obrir una porta amb una nansa allunyada de les frontisses de la porta.
El parell és una quantitat vectorial. A l'hora de resoldre problemes, sovint s'ha de tenir en compte el seu signe. Cal recordar que qualsevol força que faci que el sistema de cossos giri en sentit contrari a les agulles del rellotge crea un moment de força amb el signe +.
Balanç de palanca
La figura de d alt mostra una palanca típica i les forces que hi actuen estan marcades. Més endavant en l'article es dirà que és…palanquejament de primer tipus. Aquí, les lletres F i R denoten una força externa i un pes determinat de la càrrega, respectivament. També podeu veure que el suport està desplaçat des del centre, de manera que les longituds dels braços dF i dR no són iguals entre si.
En estàtica es demostra que la palanca no es mou com un mecanisme sencer, la suma de totes les forces que hi actuen ha de ser igual a zero. Només n'hem assenyalat dos. De fet, també n'hi ha un tercer, que és oposat a aquests dos i igual a la seva suma: aquesta és la reacció de suport.
Per tal que la palanca no faci moviments de rotació, cal que la suma de tots els moments de forces sigui igual a zero. L'espatlla de la força de reacció del suport és zero, de manera que no crea un moment. Queda per anotar els moments de les forces F i R:
RdR- FdF=0=>
RdR=FdF
Condició d'equilibri de la palanca registrada com a fórmula, també donada:
dR/dF=F/R
Aquesta igu altat vol dir que perquè la palanca no giri, la força externa ha de ser tantes vegades més gran (menys) que el pes de la càrrega que s'aixeca, quantes vegades el braç d'aquesta força és menor (més gran) que el braç sobre el qual actua el pes de càrrega.
La redacció indicada significa que quantes vegades guanyem en el camí amb l'ajuda del mecanisme considerat, perdem la mateixa quantitat de força.
Palanca de primer tipus
Es va mostrar al paràgraf anterior. Aquí només diem que per a una palanca d'aquest tipus, el suport es troba entre les forces actuants F i R. Depenent de la relació de les longituds dels braços, aquesta palanca pots'utilitza tant per aixecar peses com per accelerar el cos.
Bàscules mecàniques, tisores, un extractor d'ungles, una catapulta són exemples de palanques de primer tipus.
En el cas d'una balança, tenim dos braços de la mateixa longitud, de manera que l'equilibri de la palanca només s'aconsegueix quan les forces F i R són iguals entre si. Aquest fet s'utilitza per pesar cossos de massa desconeguda comparant-lo amb un valor de referència.
Les tisores i un treu-ungles són exemples excel·lents de guanyar força però de perdre al llarg del camí. Tothom sap que com més a prop de l'eix de les tisores hi hagi un full de paper, més fàcil és tallar-lo. Al contrari, si intenteu tallar paper amb les puntes de les tisores, hi ha una gran probabilitat que comencin a "mastegar-lo". Com més llarg sigui el mànec de les tisores o de l'extractor d'ungles, més fàcil serà realitzar l'operació corresponent.
Pel que fa a la catapulta, aquest és un exemple viu de guanyar amb l'ajuda d'una palanca en el camí i, per tant, de l'acceleració que la seva espatlla imparteix al projectil.
Palanca del segon tipus
En totes les palanques del segon tipus, el suport es troba prop d'un dels extrems de la biga. Aquesta disposició condueix a la presència d'una sola espatlla a la palanca. En aquest cas, el pes de la càrrega sempre se situa entre el suport i la força externa F. La disposició de les forces a la palanca del segon tipus condueix a l'únic resultat útil: guany de força.
Exemples d'aquest tipus de palanquejament són la carretó, que s'utilitza per transportar càrregues pesades, i el trencanous. En ambdós casos, la pèrdua al llarg del camí no té cap valor negatiu. Per tant, en el cas del manualcarretons, només és important mantenir la càrrega en pes mentre es mou. En aquest cas, la força aplicada és diverses vegades menor que el pes de la càrrega.
Palanca del tercer tipus
El disseny d'aquest tipus de palanca és en molts aspectes similar a l'anterior. El suport en aquest cas també es troba en un dels extrems de la biga, i la palanca té un sol braç. Tanmateix, la ubicació de les forces que actuen en ell és completament diferent que en una palanca de segon tipus. El punt d'aplicació de la força F es troba entre el pes de la càrrega i el suport.
La pala, la barrera, la canya de pescar i les pinces són exemples sorprenents d'aquest tipus de palanquejament. En tots aquests casos, guanyem pel camí, però hi ha una pèrdua important de força. Per exemple, per subjectar una càrrega pesada amb unes pinces, cal aplicar una força F gran, de manera que utilitzar aquesta eina no vol dir agafar objectes pesats amb ella.
En conclusió, observem que tots els tipus de palanques funcionen amb el mateix principi. No aporten guanys en el treball de transport de mercaderies, però només us permeten redistribuir aquest treball en la direcció de la seva implementació més còmoda.
