Момент силы.

Вам уже известно правило равновесия рычага:







Пользуясь свойством пропорции (произведение её крайних членов равно произведению средних членов), запишем его в таком виде:

F1l1 = F2l2.

В левой части равенства стоит произведение силы F1 на её плечо l1 а в правой — произведение силы F2 на её плечо l2.

Произведение модуля силы, вращающей тело, на её плечо называется моментом силы; он обозначается буквой М. Следовательно,

М = Fl.

Рычаг находится в равновесии под действием двух сил, если момент силы, вращающей его по ходу часовой стрелки, равен моменту силы, вращающей его против хода часовой стрелки.

Это правило, называемое правилом моментов, можно записать в виде формулы:

М1 = М2.

Действительно, в рассмотренном нами опыте (§ 57) действующие на рычаг силы были равны 2 Н и 4 Н, их плечи соответственно составляли 4 и 2 деления рычага, т. е. моменты этих сил одинаковы при равновесии рычага.

Момент силы, как и всякая физическая величина, может быть измерен. За единицу момента силы принимается момент силы в 1 Н, плечо которой равно 1 м.

Эта единица называется ньютон-метр (Н · м).

Момент силы характеризует действие силы и показывает, что оно зависит одновременно и от модуля силы, и от её плеча. Действительно, мы уже знаем, например, что действие силы на дверь зависит и от модуля силы, и от того, где приложена сила. Дверь тем легче повернуть, чем дальше от оси вращения приложена действующая на неё сила. Гайку легче отвернуть длинным гаечным ключом, чем коротким. Ведро тем легче поднять из колодца, чем длиннее ручка ворота, и т. д.

 Лабораторная работа № 10: «Выяснение условия равновесия рычага»

Цель работы: Проверить на опыте, при каком соотношении сил и их плеч рычаг находится в равновесии. Проверить на опыте правило моментов.

Приборы и материалы:  Рычаг на штативе, набор грузов, измерительная линейка, динамометр (рис. 205).

Указания к работе:

  1. Повторите по учебнику § 58 «Рычаг. Равновесие сил на рычаге ».
  2. Уравновесьте рычаг, вращая гайки на его концах так, чтобы он расположился горизонтально.
  3. Подвесьте два груза на левой части рычага на расстоянии, равном примерно 6 – 8 см от оси вращения. Опытным путём установите, на каком расстоянии вправо от оси вращения надо подвесить: а) один груз; б) два груза; в) три груза, чтобы рычаг пришёл в равновесие.
  4. Считая, что каждый груз весит 1 Н, запишите данные и измеренные величины в таблицу 14.

Таблица 14

№ опыта Сила F1
на левой

части
рычага, Н
Плечо l1, см Сила F2 на правой части рычага, Н Плечо l2, см Отношение сил и плеч
   
1
2
3
  1. Вычислите отношение сил и отношение плеч для каждого из опытов и полученные результаты запишите в последний столбик таблицы.
  2. Проверьте, подтверждают ли результаты опытов условие равновесия рычага под действием приложенных к нему сил и правило моментов сил (§ 58).

 Дополнительное задание

Подвесьте три груза справа от оси вращения рычага на расстоянии 5 см.

С помощью динамометра определите, какую силу нужно приложить на расстоянии 15 см от оси вращения правее грузов, чтобы удерживать рычаг в равновесии (см. рис. 205).

Как направлены в этом случае силы, действующие на рычаг? Запишите длину плеч этих сил. Вычислите отношение сил  и плеч  для этого случая и сделайте соответствующий вывод.

 Домашнее задание:
I. Учить §§ 59 — 60
II. Ответить на вопросы:
1. Что называется моментом силы? Как выражается момент силы через модуль силы и её плечо?
2. В чём состоит правило моментов?
3. Что принимают за единицу момента силы? Как называется эта единица?
III. Доделать лабораторную работу № 10.