Формулы по физике 7 класс: простые механизмы

Простые механизмы — это устройства, которые помогают изменять величину или направление силы при выполнении работы. В таблице представлены основные формулы для расчёта момента силы, условия равновесия рычага, механического преимущества и коэффициента полезного действия простых механизмов.

Формулы: простые механизмы

Что находим	Формула	Обозначения и единицы СИ
Момент силы	M = F·l	M — момент силы, Н·м F — сила, действующая на тело, Н l — плечо силы — кратчайшее расстояние от оси вращения до линии действия силы, м
Правило равновесия рычага (условие равновесия)	F₁·l₁ = F₂·l₂	F₁ — сила, действующая на первое плечо рычага, Н l₁ — плечо первой силы, м F₂ — сила, действующая на второе плечо рычага, Н l₂ — плечо второй силы, м
Правило равновесия рычага (отношение сил и плеч)	F₁/F₂ = l₂/l₁	F₁ — первая сила, Н F₂ — вторая сила, Н l₁ — плечо первой силы, м l₂ — плечо второй силы, м
Золотое правило механики для идеального простого механизма	F₁·s₁ = F₂·s₂	F₁ — сила, приложенная к механизму, Н s₁ — путь, пройденный точкой приложения первой силы, м F₂ — полезная сила, действующая со стороны механизма, Н s₂ — путь, пройденный точкой приложения второй силы, м
Механическое преимущество простого механизма	K = F₂/F₁	K — механическое преимущество — отношение полезной силы к приложенной силе F₂ — полезная сила, Н F₁ — приложенная сила, Н
Механическое преимущество рычага	K = l₁/l₂	K — механическое преимущество рычага l₁ — плечо приложенной силы, м l₂ — плечо полезной силы, м
Коэффициент полезного действия механизма	η = (A_пол/A_затр)·100%	η — коэффициент полезного действия механизма, % A_пол — полезная работа, Дж A_затр — затраченная работа, Дж

Когда какую формулу применять

Формулу M = F·l применяйте для вычисления момента силы. Плечо силы — это перпендикулярное расстояние от оси вращения до линии действия силы, а не обязательно длина рычага.
Формулы равновесия рычага используйте, когда рычаг находится в равновесии и нужно определить неизвестную силу или плечо. При увеличении плеча сила, необходимая для равновесия, уменьшается.
Золотое правило механики применяйте при решении задач на идеальные простые механизмы: во сколько раз выигрывают в силе, во столько же раз проигрывают в расстоянии. В реальных механизмах часть работы расходуется на преодоление трения.
Механическое преимущество показывает, во сколько раз механизм увеличивает силу. Для рычага используйте отношение плеч, соблюдая соответствие между приложенной и полезной силами.
КПД применяйте для оценки эффективности механизма. Полезная работа не может превышать затраченную, поэтому КПД реального механизма меньше 100%. Перед вычислениями переводите длины в метры, а силы — в ньютоны.

Пример решения задачи

На короткое плечо рычага длиной 0,2 м действует сила 60 Н. Какую силу нужно приложить к длинному плечу длиной 0,6 м, чтобы рычаг находился в равновесии?

Дано:

F₁ = 60 Н

l₁ = 0,2 м

l₂ = 0,6 м

F₂ — ?

Решение:

По правилу равновесия рычага:

F₁·l₁ = F₂·l₂

Выразим неизвестную силу:

F₂ = F₁·l₁/l₂

Подставим значения:

F₂ = 60·0,2/0,6 = 20 Н

Ответ: 20 Н.