La humanitat fa servir màquines i mecanismes senzills per fer el treball físic més fàcil i senzill. Un d'aquests mecanismes és la palanca. Què és una palanca en física, quina fórmula descriu el seu equilibri i quins tipus de palanques són? Totes aquestes preguntes es mostren a l'article.
Concepte
Una palanca en física és un mecanisme format per una biga o tauler i un suport. El suport generalment divideix la biga en dues parts desiguals, que s'anomenen braços de palanca. Aquest últim pot realitzar un moviment de rotació al voltant del fulcre.
En ser un mecanisme senzill, la palanca està dissenyada per realitzar treballs físics amb guanys en potència o en trànsit. Les forces aplicades actuen sobre els braços de la palanca durant el seu funcionament. Un d'ells és el poder de la resistència. Es crea pel pes de la càrrega que cal moure (aixecar). La segona força és una força externa, que en la majoria dels casos s'aplica al braç de palanca amb l'ajuda de mans humanes.
La imatge de d alt mostra una palanca típica ambdues espatlles. Més endavant a l'article s'explicarà per què es refereix al palanquejament del segon tipus.
La regla de la palanca té aquest aspecte:
ForçaBraç de força=CàrregaBraç de càrrega
Moment de força
Fem una mica de digressió del tema de la palanca en física i considerem una magnitud física important per entendre el seu funcionament. Es tracta del moment de la força. És el producte de la força per la longitud del braç de la seva aplicació, que s'escriu matemàticament de la següent manera:
M=Fd
És important no confondre, el braç de la força d i el braç de la palanca, en general, són conceptes diferents.
El moment de força mostra la capacitat d'aquest últim per fer un gir en el sistema. Per tant, molta gent sap que és molt més fàcil obrir la porta per la maneta que empènyer-la a prop de les frontisses, o és més fàcil desenroscar la femella del cargol amb una clau llarga que amb una curta.
El moment de força és un vector. Per entendre el funcionament d'un mecanisme de palanca simple en física, n'hi ha prou de saber que el moment es considera positiu si la força tendeix a girar el braç de palanca en sentit contrari a les agulles del rellotge. Si tendeix a fer un gir en el sentit de les agulles del rellotge, el moment s'ha de prendre amb un signe menys.
Equilibri de palanca en física
Per entendre més fàcilment en quines condicions la palanca estarà en equilibri, tingueu en compte la figura següent.
Aquí es mostren dues forces: una càrrega R i una força externa F aplicada per superar-hocàrregues. Els braços d'aquestes forces són iguals a dR i dF, respectivament. De fet, hi ha una altra força: la reacció del suport, que actua verticalment cap amunt en el punt de contacte entre la biga i el suport de la palanca. Com que l'espatlla d'aquesta força és igual a zero, no es tindrà en compte més a l'hora de determinar la condició d'equilibri.
Segons l'estàtica, la rotació del sistema és impossible si la suma dels moments de les forces externes és igual a zero. Escrivim la suma d'aquests moments, tenint en compte el seu signe:
RdR- FdF=0.
La igu altat escrita reflecteix la condició d'equilibri suficient per a la palanca. Si no hi actuen dues forces sobre la palanca, sinó més, aquesta condició encara es mantindrà. Només en comptes de la suma de dos moments de forces, caldrà trobar la suma de tots els moments de les forces actuants i igualar-los a zero.
La victòria és forta i en camí
L'expressió dels moments de les forces de palanca en física, que es va escriure al paràgraf anterior, es reescriurà de la forma següent:
RdR=FdF
A partir de la fórmula anterior se segueix:
dR / dF=F / R.
Aquesta igu altat diu que per mantenir l'equilibri, cal que la força F sigui tantes vegades més gran que el pes de la càrrega R, quantes vegades el seu braç dF menys que el braç d R. Com que el braç més gran en el procés de moure la palanca recorre un camí més llarg que el braç més petit, tenim l'oportunitat de realitzar el mateix treball amb la palanca de dues maneres:
- aplica més força F i mou l'espatlladistància curta;
- aplica una petita força F i mou l'espatlla una llarga distància.
En el primer cas, es parla d'un guany en el camí en el procés de desplaçament de la càrrega R, en el segon cas, s'obté un guany de força, ja que F < R.
On s'utilitza el palanquejament i què són?
Depenent del punt d'aplicació de les forces de palanca en física i de la posició del suport, el mecanisme més senzill pot ser de tres tipus:
- Aquesta és una palanca de dos braços, en la qual la posició de suport s'elimina per igual dels dos extrems de la biga. En funció de la proporció de les longituds dels braços, aquest tipus de palanca permet guanyar tant en el camí com en la força. Alguns exemples del seu ús inclouen bàscules, alicates, tisores, un extractor d'ungles, un gronxador per a nadons.
- La palanca del segon tipus és d'un sol braç, és a dir, el suport es troba prop d'un dels seus extrems. En aquest cas, la força externa s'aplica a l' altre extrem de la biga i la força de càrrega actua entre el suport i la força externa, la qual cosa permet guanyar en aquesta força. Una carretilla o un trencanous són exemples excel·lents d'aquest tipus de palanquejament.
- El tercer tipus de mecanisme es representa amb exemples com una canya de pescar o unes pinces. Aquesta palanca també és d'un sol braç, però la força externa aplicada ja està més a prop del suport que el punt d'aplicació de la càrrega. Aquest disseny d'un mecanisme senzill us permet guanyar a la carretera, però perdre força. És per això que és difícil subjectar un peix petit sobre el pes de l'extrem d'una canya de pescar o un objecte pesat amb pinces.
Per reiterar, una palanca en física només ho permetfan que sigui convenient realitzar aquesta o aquella feina de trasllat de mercaderies, però no et permet guanyar en aquesta feina.
