Для чего нужен рычаг: Для чего нужен рычаг ?

Рычаг подвески

Рычаг – элемент независимой подвески автомобиля. Служит для обеспечения ограниченного движения в вертикальной плоскости колеса, которое он удерживает на месте, не позволяя ему откатиться в сторону.

Виды рычагов подвески

В зависимости от конструкции подвески рычаги делятся на типы по количеству точек крепления. Кроме того, их классифицируют и в зависимости от того, под каким углом они находятся к направлению движения автомобиля. По этому параметру рычаги делят на продольные и поперечные. Чаще всего в независимой подвеске встречаются рычаги А-образной конструкции (их также называют треугольными рычагами), прямые рычаги с двумя точками крепления и Н-образные рычаги, которые представляют собой 2 спаренных простых рычага, имеющих общую перемычку.

Конструкция современного рычага подвески

Рычаг – литая продолговатая деталь из легкого сплава с ребрами жесткости, расположенными в продольном направлении, и с приливами на обоих концах. Один конец снабжен цилиндрическим приливом, в который вставлен, вернее, впрессован сайлентблок – деталь, служащая прокладкой при креплении рычага к кузову, раме или подрамнику. Второй конец снабжен кольцеобразным приливом, служащим местом крепления шаровой опоры. Конструкция рычага может варьироваться в зависимости от инженерного решения подвески. Например, прилива под шаровую опору может не быть, так как он выполнен на корпусе самой шаровой опоры, которая прикрепляется к рычагу при помощи болтов и гаек. Кроме того, в задней многорычажной подвеске нередко применяются рычаги с цилиндрическими приливами под сайлентблок на обоих концах.

Пионерами отказа от стальных рычагов были компании Volkswagen и Subaru, начавшие активно использовать легкие сплавы в подвеске своих автомобилей еще в 90-е годы

В подвеске автомобилей, сделанных до начала 2000-х годов, как правило, применялись стальные рычаги. При этом они могут представлять собой либо полую коробчатую структуру (так называемую квадратную трубу), либо структуру с тремя стенками, две из которых служат ребрами жесткости (так называемый швеллер). В более современных конструкциях подвески наблюдается тенденция постепенного отказа от использования стали, с целью снижения как общего веса автомобиля, так и неподрессоренной массы. Пионерами отказа от стальных рычагов в массовых моделях были компании Volkswagen и Subaru, начавшие активно использовать легкие сплавы в подвеске своих автомобилей еще в 90-е годы.

Сайлентблок.

Назначение рычага подвески

Назначение рычагов подвески чаще всего зависит от места расположения. Рычаг может быть поперечным, продольным, верхним и нижним. В зависимости от расположения они выполняют разные функции.

Основная особенность треугольного рычага в том, что он работает как в поперечном направлении, в котором он установлен, так и в продольном

Например, задача верхнего рычага передней подвески – удерживать верхнюю часть рулевого кулака, не позволяя прикрепленному к нему колесу завалиться вбок во время движения. Нижний рычаг также частично выполняет эту функцию, помогая верхнему, но при этом он еще и контролирует нижнюю часть стойки МакФерсон, не позволяя ей раскачиваться. Продольные рычаги чаще всего применяются в конструкции задней многорычажной подвески и служат для удержания задних стоек в одном положении при разгоне и ускорении, когда на них воздействуют силы, направленные вдоль оси движения автомобиля.

Поперечный рычаг

Особенности конструкции треугольных рычагов

Конструкция треугольного рычага возникла в процессе работы над созданием упрощенной подвески для недорогих автомобилей. Основная особенность треугольного рычага в том, что он работает как в поперечном направлении, в котором он установлен, так и в продольном. Имея три точки крепления (две точки для крепления к кузову, одна для крепления к кулаку), рычаг может удерживать амортизационную стойку как в поперечном, так и в продольном направлении. Появление такой конструкции обеспечило возможность применения меньшего количества деталей в подвеске, сделав ее более дешевой. Именно поэтому независимая передняя подвеска на треугольных рычагах так популярна.

Особенности эксплуатации рычагов подвески

В целом, рычаг подвески — неприхотливая и долговечная деталь, особенно, если он сделан из стали. Стальные рычаги, в отличие от легкосплавных, подходят для использования в течение нескольких циклов от ремонта до ремонта подвески. При ремонте рычага заменяют шаровую опору и сайлентблок (или два сайлентблока в случае с треугольным или простым продольным рычагом), а сама деталь отправляется на второй или третий срок службы. Легкосплавные же рычаги в большинстве случаев подлежат замене целиком, что увеличивает стоимость ремонта подвески, хотя и несколько упрощает его.

Причиной выходя рычага из строй обычно являются два фактора: механическое воздействие и коррозия

Причиной выходя рычага из строй обычно являются два фактора: механическое воздействие (попадание в яму, ДТП), приводящее к деформации рычага, и коррозия, которая, кстати, легкосплавным рычагам не грозит.

Зачем нужен рычаг на зеркале заднего вида — CARHack.ru

Если рассматривать зеркало заднего вида, можно обратить внимание на наличие на нем особого рычага. Не все автомобилисты знают его назначение, однако разобраться в таких вещах все же стоит. Хотя бы ради собственной безопасности и комфорта вождения.

Можно сказать сразу: рычажок этот имеется совершенно не случайно. Он необходим для регулировки силы отражения света. То есть, это своеобразная система защиты от ослепления, если есть риск встретиться со световым потоком от идущих сзади автомобилей. И наоборот, увеличение яркости помогает просматривать дорогу при плохих условиях видимости.

Как это работает?

Известно, что зеркало имеет свойство отражать свет под углом его же падения. Таким образом, меняя угол, можно добиться оптимального комфорта в текущее время суток, в текущих условиях освещения. Отражает не только зеркало, но и стекло — правда, в 15 раз слабее. В автомобильном зеркале есть и тот, и другой элемент. Рычажок же задает нужный режим, варьируя между отражением зеркалом и стеклом, если говорить о старых механических образцах.

Сегодня популярны электрохромные зеркала, которые также могут менять показатели отражаемости, но благодаря жидким кристаллам и электросигналам. Многие из них являются сенсорными, и они автоматически настраиваются, ориентируясь на текущие световые показатели. В этом случае водителю нет никакой необходимости заниматься настройками самостоятельно, в большинстве случаев все бывает видно достаточно хорошо. Подобные системы имеют ряд преимуществ — они пришли на смену механическим устройствам вовсе не случайно.

Так, при общем затемнении слабые световые источники становятся почти незаметными. И потому повышается риск аварии. Тем более, что и пешеходов тоже будет почти не видно. Однако современные устройства способны скорректировать подобные вещи, и снизить риск аварийности.

О каких нюансах еще стоит помнить?

Пользоваться настройками зеркала и затемнять его при риске ослепления фарами стоит обязательно. Дело в том, что даже резкий свет сзади, отраженный в зеркале, вызовет сокращение зрачков, и ухудшит на некоторое время восприятие водителем дороги — в том числе и впереди. Это повышает риск аварии, а кроме того, очень не комфортно.

Также и видимость дороги варьирует не только по времени суток, но даже и по сухости — об этом тоже следует помнить, настраивая зеркало. Так, мокрый асфальт виден хуже сухого, и также ровный асфальт виден хуже шероховатого. Все эти и многие другие нюансы необходимо иметь в виду, когда предстоит езда в сложных дорожных условиях. И зеркало тоже стоит настраивать заранее, чтобы оставаться в комфорте и не отвлекаться в дальнейшем.

Для чего нужен натяжной рычаг в майнкрафте. Что делает крюк в Minecraft

В выполнении различных игровых задач в Minecraft геймеру на помощь постоянно будут приходить механизмы, скрафченные им собственноручно. Они будут оповещать о приближении нежеланных «гостей» к жилищу или сокровищнице игрока, позволят создавать различные ловушки для гриферов и враждебных мобов. Причем нередко в подобных устройствах окажется задействованным крюк.

Вам понадобится

• — верстак
• — деревянные палки
• — доски
• — нитки
• — пыль редстоуна
• — сундук
• — слитки железа
• — лампа
• — специальные моды

Инструкция

Если вам по ходу геймплея оказался нужен такой механизм, для начала изготовьте его основу.

Когда вам требуется петлеобразный крюк, скрафтить его можно из трех простых ингредиентов — железного слитка, деревянной палки и доски. Именно в таком порядке — сверху вниз — расставляйте их в центральном вертикальном ряду верстака. Железный слиток вы получите путем переплавки руды соответствующего металла в печи, палки — из досок какой угодно породы деревьев.

Сделайте из одного крюка и обычного сундука (он изготавливается из восьми блоков досок на верстаке — оставляйте при этом центральную ячейку незанятой) ловушку для любителей поживиться за ваш счет. При попытке посторонних открыть такой ящик он будет подавать владельцу сигнал о «взломе». Кстати, сила срабатывания подобной «сигнализации» будет зависеть от того, сколько именно других игроков пытаются посмотреть содержимое сундука-ловушки.

Создайте с помощью двух петлеобразных крюков растяжку, которая может послужить началом западни для гриферов или просто средством оповещения о прибытии на территорию чужаков. Такой механизм реагирует не только на живые сущности, но и даже на стрелы. Установите на две расположенные друг против друга стены из твердых блоков крюки, натяните между ними нитку и насыпьте около каждого немного пыли редстоуна. Если вы поставите такое простое устройство в темном месте, даже опытный грифер не сможет его обнаружить и обезвредить — особенно когда территория запривачена.

Усложните такую сигнализацию, добавив к ней несколько предметов, могущих нести опасность другим игрокам и враждебным мобам. Например, раздатчик. Подсоедините его к схеме устройства пылью редстоуна и начините чем-либо смертоносным: стрелами, снежками и т.п. Можете также вместо раздатчика подключить к растяжке блоки динамита. Устройте так, чтобы натяжение нити приводило в действие взрывное устройство. Тогда коридор между крюками станет непроходимым.

Если вы нуждаетесь в механизме, помогающем карабкаться по высоким стенам (куда невозможно просто допрыгнуть), создайте несколько иной вид крюка — тройник. Он доступен в модах Hookshot Cheesy и Grappling Hook. Для него понадобится нить и четыре железных слитка. Первую установите в центральный слот верстака, а последние — в нижней левой и верхней правой ячейках, а также справа и сверху от нитки. Для забрасывания такого крюка щелкайте по цели правой кнопкой мыши и ждите, пока он достанет туда. Придвинуться к зацепившемуся тройнику вы сможете, нажав «ctrl».

Вам понадобится

• — верстак
• — деревянные палки
• — доски
• — нитки
• — пыль редстоуна
• — сундук
• — слитки железа
• — лампа
• — специальные моды

Инструкция

Если вам по ходу геймплея оказался нужен такой механизм, для начала изготовьте его основу. Когда вам требуется петлеобразный крюк, скрафтить его можно из трех простых ингредиентов — железного слитка, деревянной палки и доски. Именно в таком порядке — сверху вниз — расставляйте их в центральном вертикальном ряду верстака. Железный слиток вы получите путем переплавки руды соответствующего металла в печи, палки — из досок какой угодно породы деревьев.

Сделайте из одного крюка и обычного сундука (он изготавливается из восьми блоков досок на верстаке — оставляйте при этом центральную ячейку незанятой) ловушку для любителей поживиться за ваш счет. При попытке посторонних открыть такой ящик он будет подавать владельцу сигнал о «взломе». Кстати, сила срабатывания подобной «сигнализации» будет зависеть от того, сколько именно других игроков пытаются посмотреть содержимое сундука-ловушки.

Создайте с помощью двух петлеобразных крюков растяжку, которая может послужить началом западни для гриферов или просто средством оповещения о прибытии на территорию чужаков. Такой механизм реагирует не только на живые сущности, но и даже на стрелы. Установите на две расположенные друг против друга стены из твердых блоков , натяните между ними нитку и насыпьте около каждого немного пыли редстоуна. Если вы поставите такое простое устройство в темном месте, даже опытный грифер не сможет его обнаружить и обезвредить — особенно когда территория запривачена.

Усложните такую сигнализацию, добавив к ней несколько предметов, могущих нести опасность другим игрокам и враждебным мобам. Например, раздатчик. Подсоедините его к схеме устройства пылью редстоуна и начините чем-либо смертоносным: стрелами, снежками и т.п. Можете также вместо раздатчика подключить к растяжке блоки динамита. Устройте так, чтобы натяжение нити приводило в действие взрывное устройство. Тогда коридор между крюками станет непроходимым.

Если вы нуждаетесь в механизме, помогающем карабкаться по высоким стенам (куда невозможно просто допрыгнуть), создайте несколько иной вид крюка — тройник. Он доступен в модах Hookshot Cheesy и Grappling Hook. Для него понадобится нить и четыре железных слитка. Первую установите в центральный слот верстака, а последние — в нижней левой и верхней правой ячейках, а также справа и сверху от нитки. Для забрасывания такого крюка щелкайте по цели правой кнопкой мыши и ждите, пока он достанет туда. Придвинуться к зацепившемуся тройнику вы сможете, нажав «ctrl».

Видео по теме

Игроки «Майнкрафта» очень часто дают предметам свои собственные обозначения, которые могут понять только они сами и знающие люди. Некоторые из таких названий закрепляются и становятся популярными. То же самое произошло и с натяжным датчиком, который в результате превратился в крюк. Вешать на него ничего нельзя, использовать как крюк тоже, но он чем-то напоминает данный предмет, когда датчик сгибается. Вероятно, поэтому, фанаты и прозвали это устройство именно так. Между прочим, натяжной датчик может оказаться вам очень полезен, потому что при правильном использовании из нескольких датчиков можно устроить полноценную охранную систему. Так что каждый должен знать, как сделать крюк в «Майнкрафт».

Крафт крюка

Натяжной датчик относится к переключателям, он был добавлен в игру в одной из последних версий и получил исключительно положительные отзывы, так как оказался невероятно полезным. Многие принялись тут же искать информацию о том, как сделать крюк в «Майнкрафте», и рецепт быстро был найден. На самом деле, он крайне прост, поэтому практически каждый уже на первых этапах сможет сделать себе достаточно крюков, чтобы использовать их себе во благо. Итак, для создания двух натяжных датчиков вам потребуется доска, палка и железный слиток. Палку нужно разместить в центральной ячейке верстака, доску под ней, а слиток — над ней. Почему получается два крюка? Все дело в том, что натяжной датчик является парным устройством, то есть в единственном экземпляре он попросту бесполезен. Поэтому при крафте у вас получится сразу два образца. Теперь вы знаете, как сделать крюк в «Майнкрафт», но как его использовать?

Установка датчиков

Вы уже выяснили, что натяжной датчик будет функционировать только в паре со вторым устройством, поэтому недоразумений возникнуть не должно. Разобраться с тем, как сделать крюк в «Майнкрафте», было довольно просто, так как рецепт его незамысловат, а необходимые ресурсы общедоступны. Но вот процесс установки может вызвать у начинающих игроков затруднения. Итак, первое правило — вы должны установить оба датчика на одной линии. Это делается по той причине, что между ними вам нужно будет натянуть нитку. Когда вы это сделаете, если оба конца нитки будут подсоединены к двум различным крюкам, устройство издаст особый звук. Но при этом стоит помнить, что между двумя датчиками должно быть не более сорока блоков — если их будет больше, то звука вы не услышите, и устройство работать не будет. Поэтому вам всегда нужно все детально высчитывать, если вы играете в «Майнкрафт». Для чего нужен крюк — это следующий пункт, который вам следует знать. Без данной информации ваши датчики будут попросту бесполезными.

Устройство сигнализации

Вы подробно разобрались, как сделать крюк? «Майнкрафт» 1 5 2 в этом плане ничем не отличается от других версий. Также вы попробовали установить его и добились того, что система начала функционировать. Но зачем все это? Что вам дадут два датчика, связанные между собой нитью? Чтобы узнать это, попробуйте пройти между ними. Нить порвется, и датчики моментально начнут издавать предупреждающий сигнал. А это может вам очень многое дать, ведь на самом деле у вас получается примитивная модель сигнализации. Если вы хотите защитить свое жилище и свою территорию от злоумышленников, обнесите ее нитками, соединяющими датчики, которые спрятаны от постороннего взгляда. При попытке проникнуть на вашу территорию злоумышленник порвет нить, что приведет к срабатыванию сигнализации. Вот вы и узнали, зачем в «Майнкрафте» крюк — он помогает сохранить ваши постройки и сбережения в целости. Но есть некоторые способы, позволяющие улучшить систему и поднять ее на качественно новый уровень.

Оборонный комплекс

Сигнализация — это хорошо, но она всего лишь оповещает о том, что на вашу территорию попал незнакомец. Пока вы вернетесь к своему дому, уже может быть слишком поздно. Поэтому с помощью натяжных датчиков лучше устроить полноценный оборонный комплекс. Для этого вам понадобится раздатчик, много стрел и красного песка. К крюкам подведите красный песок, который будет подключен к раздатчику. В него же зарядите как можно больше стрел, и можете полюбоваться на свое творение. Как только кто-то пересечет границу ваших владений и порвет нить, сработают датчики, и в него будет выпущен шквал стрел. Это работает гораздо более эффективно, чем обычная сигнализация.

Прогрессивный подход

Если вы играете с модом Industrial Craft, то у вас будет прекрасная возможность сделать из своей сигнализации настоящее заграждение под напряжением. Для этого вам достаточно будет подключить к датчикам и по нити, проведенной между ними, пойдет напряжение. Каждый моб или злоумышленник, который нацелится на ваш дом или ваши вещи, будет превращен в пепел с помощью электричества. Этот способ является максимально эффективным вариантом использования натяжных датчиков, но доступен лишь в том случае, если у вас установлен соответствующий мод.

Как сделать крюк в Майнкрафте?

Крюк в Майнкрафте — это не только средство, позволяющее взбираться на высоту, но и специальный датчик, с помощью которого можно сделать сигнализацию, ловушку или оповещатель приближения незваных гостей. Для того чтобы понять, как сделать крюк в Майнкрафте, необходимо ознакомиться с содержанием нашей статьи.

Крюк-«цеплятель»

Данный вид крюков предназначен для подъема на большую высоту, если других средств под рукой нет.

Изготовить крюк можно из 4 слитков железа и нити. После того как крюк будет готов, его можно пускать в работу. Для того чтобы зацепить его на нужной высоте, необходимо правой кнопкой мыши зажать то место, куда вам необходимо прицепиться, и с помощью клавиши Ctrl закинуть крюк. Если вы промахнулись, то необходимо отпустить кнопку, и крюк вернется на свое место.

Крюк — натяжной датчик

Натяжной датчик используется тогда, когда необходимо обезопасить свое жилище от врагов и незваных гостей.

Изготавливается крюк такого типа очень просто. Для этого необходима доска, слиток железа и палка, которые располагаются один под другим в ячейках верстака. Среди основных вариантов использования выделяют:

• оповещатель. В данном случае необходимо установить два крюка друг напротив друга и натянуть нить между ними;
• сигнализация;
• звуковая сигнализация. Помимо основных предметов, в состав должна входить звуковая шкатулка;
• взрывное устройство. Если добавить еще и динамит, то раздатчик будет стрелять;
• устройство для освещения. Для его создания добавляют блоки, которые излучают свет;
• ловушка. Если спрятать раздатчик в сундук, то он будет служить хорошей ловушкой;
• нажимная плита. Создав крюк-раздатчик, им можно замещать нажимную плиту, где это возможно.

Примечание

1. Располагают натяжные крюки на расстоянии от 1 до 40 блоков.
2. На темном фоне или в темное время суток нить крюка менее видна, чем днем или на светлом фоне.
3. Крюков-«натягивателей» можно изготовить столько, сколько вам необходимо в работе.

Если вы хотите сделать механизм в игре, читайте об этом в статье

Рекомендуем также

Простые механизмы. Рычаг. Наклонная плоскость. Блоки

 

Автор — профессиональный репетитор, автор учебных пособий для подготовки к ЕГЭ Игорь Вячеславович Яковлев

Темы кодификатора ЕГЭ: простые механизмы, КПД механизма.

Механизм — это приспособление для преобразования силы (её увеличения или уменьшения).
Простые механизмы — это рычаг и наклонная плоскость.

 

Рычаг.

 

Рычаг — это твёрдое тело, которое может вращаться вокруг неподвижной оси. На рис. 1) изображён рычаг с осью вращения . К концам рычага (точкам и ) приложены силы и . Плечи этих сил равны соответственно и .

Условие равновесия рычага даётся правилом моментов: , откуда

.

 

Рис. 1. Рычаг

 

Из этого соотношения следует, что рычаг даёт выигрыш в силе или в расстоянии (смотря по тому, с какой целью он используется) во столько раз, во сколько большее плечо длиннее меньшего.

Например, чтобы усилием 100 Н поднять груз весом 700 Н, нужно взять рычаг с отношением плеч 7 : 1 и положить груз на короткое плечо. Мы выиграем в силе в 7 раз, но во столько же раз проиграем в расстоянии: конец длинного плеча опишет в 7 раз большую дугу, чем конец короткого плеча (то есть груз).

Примерами рычага, дающего выигрыш в силе, являются лопата, ножницы, плоскогубцы. Весло гребца — это рычаг, дающий выигрыш в расстоянии. А обычные рычажные весы являются равноплечим рычагом, не дающим выигрыша ни в расстоянии, ни в силе (в противном случае их можно использовать для обвешивания покупателей).

 

Неподвижный блок.

 

Важной разновидностью рычага является блок — укреплённое в обойме колесо с жёлобом, по которому пропущена верёвка. В большинстве задач верёвка считается невесомой нерастяжимой нитью.

На рис. 2 изображён неподвижный блок, т. е. блок с неподвижной осью вращения (проходящей перпендикулярно плоскости рисунка через точку ).

 

На правом конце нити в точке закреплён груз весом . Напомним, что вес тела — это сила, с которой тело давит на опору или растягивает подвес. В данном случае вес прило жен к точке , в которой груз крепится к нити.

К левому концу нити в точке приложена сила .

Плечо силы равно , где — радиус блока. Плечо веса равно . Значит, неподвижный блок является равноплечим рычагом и потому не даёт выигрыша ни в силе, ни в расстоянии: во-первых, имеем равенство , а во-вторых, в процессе движении груза и нити перемещение точки равно перемещению груза.

Зачем же тогда вообще нужен неподвижный блок? Он полезен тем, что позволяет изменить направление усилия. Обычно неподвижный блок используется как часть более сложных механизмов.

 

Подвижный блок.

 

На рис. 3 изображён подвижный блок, ось которого перемещается вместе с грузом. Мы тянем за нить с силой , которая приложена в точке и направлена вверх. Блок вращается и при этом также движется вверх, поднимая груз, подвешенный на нити .

 

В данный момент времени неподвижной точкой является точка , и именно вокруг неё поворачивается блок (он бы «перекатывается» через точку ). Говорят ещё, что через точку проходит мгновенная ось вращения блока (эта ось направлена перпендикулярно плоскости рисунка).

Вес груза приложен в точке крепления груза к нити. Плечо силы равно .

А вот плечо силы , с которой мы тянем за нить, оказывается в два раза больше: оно равно . Соответственно, условием равновесия груза является равенство (что мы и видим на рис. 3: вектор в два раза короче вектора ).

Следовательно, подвижный блок даёт выигрыш в силе в два раза. При этом, однако, мы в те же два раза проигрываем в расстоянии: чтобы поднять груз на один метр, точку придётся переместить на два метра (то есть вытянуть два метра нити).

У блока на рис. 3 есть один недостаток: тянуть нить вверх (за точку ) — не самая лучшая идея. Согласитесь, что гораздо удобнее тянуть за нить вниз! Вот тут-то нас и выручает неподвижный блок.

 

На рис. 4 изображён подъёмный механизм, который представляет собой комбинацию подвижного блока с неподвижным. К подвижному блоку подвешен груз, а трос дополнительно перекинут через неподвижный блок, что даёт возможность тянуть за трос вниз для подъёма груза вверх. Внешнее усилие на тросе снова обозначено вектором .

Принципиально данное устройство ничем не отличается от подвижного блока: с его помощью мы также получаем двукратный выигрыш в силе.

 

Наклонная плоскость.

 

Как мы знаем, тяжёлую бочку проще вкатить по наклонным мосткам, чем поднимать вертикально. Мостки, таким образом, являются механизмом, который даёт выигрыш в силе.

В механике подобный механизм называется наклонной плоскостью. Наклонная плоскость — это ровная плоская поверхность, расположенная под некоторым углом к горизонту. В таком случае коротко говорят: «наклонная плоскость с углом «.

Найдём силу, которую надо приложить к грузу массы , чтобы равномерно поднять его по гладкой наклонной плоскости с углом . Эта сила , разумеется, направлена вдоль наклонной плоскости (рис. 5).

 

Выберем ось так, как показано на рисунке. Поскольку груз движется без ускорения, действующие на него силы уравновешены:

.

Проектируем на ось :

,

откуда

.

Именно такую силу нужно приложить, что двигать груз вверх по наклонной плоскости.

Чтобы равномерно поднимать тот же груз по вертикали, к нему нужно приложить силу, равную . Видно, что , поскольку . Наклонная плоскость действительно даёт выигрыш в силе, и тем больший, чем меньше угол .

Широко применяемыми разновидностями наклонной плоскости являются клин и винт.

 

Золотое правило механики.

 

Простой механизм может дать выигрыш в силе или в расстоянии, но не может дать выигрыша в работе.

Например, рычаг с отношением плеч 2 : 1 даёт выигрыш в силе в два раза. Чтобы на меньшем плече поднять груз весом , нужно к большему плечу приложить силу . Но для поднятия груза на высоту большее плечо придётся опустить на , и совершённая работа будет равна:

т. е. той же величине, что и без использования рычага.

В случае наклонной плоскости мы выигрываем в силе, так как прикладываем к грузу силу , меньшую силы тяжести. Однако, чтобы поднять груз на высоту над начальным положением, нам нужно пройти путь вдоль наклонной плоскости. При этом мы совершаем работу

т. е. ту же самую, что и при вертикальном поднятии груза.

Данные факты служат проявлениями так называемого золотого правила механики.

Золотое правило механики. Ни один из простых механизмов не даёт выигрыша в работе. Во сколько раз выигрываем в силе, во столько же раз проигрываем в расстоянии, и наоборот.

Золотое правило механики есть не что иное, как простой вариант закона сохранения энергии.

 

КПД механизма.

 

На практике приходится различать полезную работу A полезн, которую нужно совершить при помощи механизма в идеальных условиях отсутствия каких-либо потерь, и полную работу Aполн,
которая совершается для тех же целей в реальной ситуации.

Полная работа равна сумме:
-полезной работы;
-работы, совершённой против сил трения в различных частях механизма;
-работы, совершённой по перемещению составных элементов механизма.

Так, при подъёме груза рычагом приходится вдобавок совершать работу по преодолению силы трения в оси рычага и по перемещению самого рычага, имеющего некоторый вес.

Полная работа всегда больше полезной. Отношение полезной работы к полной называется коэффициентом полезного действия (КПД) механизма:

=Aполезн/Аполн.

КПД принято выражать в процентах. КПД реальных механизмов всегда меньше 100%.

Вычислим КПД наклонной плоскости с углом при наличии трения. Коэффициент трения между поверхностью наклонной плоскости и грузом равен .

Пусть груз массы равномерно поднимается вдоль наклонной плоскости под действием силы из точки в точку на высоту (рис. 6). В направлении, противоположном перемещению, на груз действует сила трения скольжения .

 

Ускорения нет, поэтому силы, действующие на груз, уравновешены:

.

Проектируем на ось X:

. (1)

Проектируем на ось Y:

. (2)

Кроме того,

, (3)

Из (2) имеем:

.

Тогда из (3):

.

Подставляя это в (1), получаем:

.

Полная работа равна произведению силы F на путь, пройденный телом вдоль поверхности наклонной плоскости:

Aполн=.

Полезная работа, очевидно, равна:

Аполезн=.

Для искомого КПД получаем:

 

Неисправности поперечного рычага подвески: симптомы, ремонт, нюансы

Чем чреваты проблемы с рычагами подвески: информация для новичков

Хоть и говорят, что в автомобиле нет ненужных запчастей, но с поломками одних из них автомобиль еще может, скрипя, потихоньку ехать, а вот сломайся более важная деталь – машина вообще потеряет возможность передвигаться. К такого рода деталям относятся рычаги подвески. Без рычага, или при серьезной его поломке, машина вообще потеряет способность двигаться. Этот элемент стабилизирует и выполняет функцию выравнивания колес. Если этот компонент неисправен, водители почувствует поломку немедленно.

 

Колеса автомобиля должны не только нести на себе весь вес автомобиля, но и сглаживать неровности за счет пружин, а также управляться и приводить машину в движение. Для этого нужен ряд особых технологичных креплений между кузовом и колесом, и одним из них, безусловно, является поперечный рычаг.

 

Из-за чего могут возникнуть проблемы с рычагом подвески?

В зависимости от дорожных условий и пробега с этой, казалось бы, мощной и простой конструкцией может возникнуть целый ряд проблем. Одной из них может стать износ крепежных элементов.

 

Смотрите также: Неполадки в системе рулевого управления и подвески

 

Резина в сайлентблоках стареет, твердеет и растрескивается. В запущенных случаях резинки разлетаются, оголяя окружающие металлические втулки, подвеска во время работы начинает издавать щелкающие звуки, и автомобиль превращается в «погремушку».

 

Помимо этого, со временем износу подвержены шаровые опоры, что также приводит к появлению люфтов в подвеске, посторонним звукам и прочим неприятным симптомам. И даже если вы считаете, что сам поперечный рычаг как металлическая конструкция не может прийти в негодность, подумайте дважды – он также может быть погнут или сломан, а если автомобиль очень старый – прогнить и надломиться.

 

 

Если рычаг деформирован несильно и по какой-то причине водитель не замечает этого (его не смущают вибрации, ухудшение маневренности, увод автомобиля в сторону при прямолинейном движении), при следующей ударной нагрузке искривленный металл может дать трещину – рычаг сломается. При этом деформация детали может произойти не только из-за серьезного удара (наезд на бордюр или в открытый колодец), иногда достаточно влететь в яму или на «лежачий полицейский» на скорости. Также очень опасны боковые удары.

 

Поскольку конструкция подвески запрограммирована на вертикальный ход, даже небольшой удар сбоку способен нанести серьезный урон не только сайлентблокам, но и самому рычагу.  Один из хрестоматийных примеров – боковое скольжение на льду с последующим соударением с бордюрным камнем.

 

Как распознать симптомы дефектных поперечных рычагов

Итак, мы выяснили, что поперечные рычаги подвески не защищены от старения и износа. Последний, в свою очередь, зависит от таких факторов, как возраст и/или стиль вождения.

 

Смотрите также: Рулевой наконечник: принцип работы, конструкция и диагностика

 

Но чаще всего этот компонент, как и любая другая деталь, подвергается износу при механическом воздействии. Поврежденные поперечные рычаги могут привлечь к себе внимание (даже среди малоопытных водителей) в первую очередь из-за ухудшившегося управления автомобилем. Вот список типичных сигналов, указывающих на то, что поперечные рычаги должны быть заменены.

 

Неисправные рычаги управления на передних колесах:

— автомобиль уводит в сторону при прямом положении руля

— рулевое управление нечеткое или, наоборот, очень чувствительное

— автомобиль начинает рыскать, и его приходится «ловить». Особенно это чувствуется даже в небольшой колее

— во время движения по неровностям слышны стук или скрежещущий звук

— скрип при повороте колес 

— неравномерный износ протектора шин

— отклик колес на движение рулем запаздывает

— при торможении автомобиль тянет вправо или влево

— быстрый износ шарниров рычага

 

Признаки поломки рычагов подвески на задних колесах:

— Как и на передних колесах, слышны посторонние звуки (скрип, гул, скрежет)*

— При прохождении поворота задняя ось начинает подруливать, колеса словно доворачивают автомобиль по дуге

— На старых автомобилях могут отгнить крепления рычагов к кузову. Симптоматика будет такая же, как и во втором примере, – задние колеса станут «управляемыми»

 

*Важно понимать, что скрипеть и скрежетать может другой элемент подвески, не обязательно рычаг. В связи с этим важно, чтоб автомобиль осмотрел специалист. «Самолечение» здесь не поможет.

 

Ремонт, замена рычагов: почему новичкам лучше не лезть в подвеску

Отметим сразу, что работы по замене должны проводить в специализированных СТО, если у вас нет подобного опыта или квалификации. Рычаг – важнейшая часть подвески, и любая неточность при сборке, отсутствие специализированного оборудования, например съемников, или непоследовательная сборка могут привести не только к преждевременному скорому износу сайлентблоков, но и к аварийной ситуации на дороге.

 

Выбивать молотком старые упругие элементы, а тем более нагревать рычаг паяльной лампой категорически нельзя. Тем самым можно овализировать посадочное место или перегреть металл, сделать рычаг хрупким. В итоге – ДТП.

 

Например, вряд ли вам известно, что резинометаллические втулки могут быть затянуты только тогда, когда автомобиль снова стоит на колесах. Если затягивание происходит, когда автомобиль поднят, втулки будут постоянно находиться под натяжением, чрезмерно растягиваться на неровностях и вскоре снова придут в негодность.

 

Но также стоит помнить, что в зависимости от конструкции подвески автомобиля некоторые сайлентблоки невозможно выпрессовать. В таком случае меняется весь неразборный рычаг.

 

Отметим также, что при переборке подвески настоятельно рекомендуется замена всех рычагов. Как минимум всех спереди (справа и слева) или сзади. В идеале – и там, и там. В противном случае старый, изношенный рычаг или группа с люфтом может легко и быстро убить новичка.

 

Пример снятия рычагов:

Видео взято с YouTube-канала motodor Rus

 

Кроме того, для правильной центровки колес всегда нужно придерживаться маркировки положения регулировочных винтов и не пренебрегать использованием шайб регулировки. При отсутствии регулировочных шайб выставления кастора рычаг не встанет в заданное производителем положение. Глазу это не заметно, но достаточно буквально десятых долей градуса и миллиметра, чтобы сбилась вся настройка шасси, автомобиль начало вести в сторону, а «резинки» на рычагах начали быстрыми темпами приходить в негодность.

 

Сами шарниры также должны выставляться по специальным меткам:

 

В некоторых случаях неправильная установка рычагов даже может повлиять на геометрию кузова!

 

Как видно, есть немало нюансов как по снятию, так и по установке рычагов, знать которые может только профессионал или опытный автовладелец. Тем самым мы хотим предостеречь автолюбителей от необдуманных поступков с целью минимизации возможных материальных потерь. Если никогда не делали подобную работу или не уверены, что знаете нюансы, не стоит лезть в такой сложный механизм, как подвеска. Себе дороже выйдет!

 

Общие нюансы замены рычага подвески:

Видео взято с YouTube-канала «Программа Автомобиль»

 

Задачи и функции рычагов

Рычаг в подвеске может называться по-разному в зависимости от оси вращения и его расположения. Соответственно, в подвеске могут быть также продольные и косые рычаги. Конструктивно это позволяет ему поворачиваться вверх и вниз по отношению к направлению движения.

 

Как мы уже поняли, для эффективного демпфирования и снижения вибрации используются специальные резинометаллические втулки, которые допускают небольшие отклонения от плоскости в заданных масштабах.

 

Со стороны колеса на переднем рычаге обычно стоит шаровая опора:

 

Шаровой шарнир используется в передних рычагах из-за необходимости поворота руля. Сзади в зависимости от конструкции стандартно достаточно сайлентвтулок.

 

Также в зависимости от типа используемого рулевого управления на передних колесах, особенно в автомобилях с большим ходом подвески, существуют версии с вращающимся подшипником скольжения.

 

Таким образом, поперечный рычаг представляет собой, в упрощенном понимании, металлический (из алюминия или стали) стержень сложной формы с двумя точками подвески на его концах:

 

 

Работая в качестве маятника, он также ограниченно может передавать силы в продольном направлении (вперед-назад), так как расположен поперек направления движения, и небольшие боковые усилия, которые могут возникать в основном при прохождении поворотов.

 

Тормозные или движущие силы будут толкать поперечный рычаг в продольном направлении. Чтобы предотвратить или хотя бы минимизировать этот эффект, инженеры устанавливают второй поперечный рычаг с небольшим смещением, который прикрепляется к колесу рядом с первым, но он проходит под углом к ​​корпусу, так что оба поперечных рычага образуют треугольник. Такая конструкция будет устойчивой в продольном и поперечном направлениях. Если вы удвоите их и прикрепите к верху и низу колеса, вы получите ось с четырьмя рычагами. Такую же подвеску Audi представила в 1994 году на первой модели A4.

 

 

Четырехрычажная подвеска работает лучше, с ней автомобиль управляется и едет стабильнее. Но есть несколько нюансов:

 

1. Появляется множество точек износа в рычагах подвески;

2. Относительно снижается надежность;

3. Стоимость ремонта дороже;

4. В современных машинах, как правило, используются неразборные алюминиевые рычаги.

 

Решением для улучшения выносливости деталей стало объединение небольших рычагов в один крупный треугольный блок с двумя сайлентблоками на определенном расстоянии друг от друга, которые образуют широкое и, следовательно, устойчивое основание для поглощения сил и ударов.

 

Смотрите также: Пять самых распространенных автомобильных подвесок

 

В этом кроется еще одна важная вещь – не покупайте старых б/у иномарок премиум-класса. Стоят они копейки, но и ремонт их может влететь в не меньшую копеечку.

Что такое рычаг подвески и как он работает?

04.03.2018 | 1949 просмотров

Подвеска имеет довольно сложное устройство, её назначение состоит в том, чтобы обеспечить наиболее плавный ход автомобиля при движении по неровной дороге. Это целая совокупность деталей, собранных в один узел, одним из её элементов является рычаг подвески, он обеспечивает вертикальное перемещение колеса вдоволь пружины амортизатора, соединён с одной стороны непосредственно с кузовом, а с другой, с колесом.

Амортизатор, как часть подвески гасит амплитуду колебаний кузова при движении автомобиля, пружины и стойки, присутствующие в его конструкции накапливая энергию колебаний, передают её на кузов. Передние и задние рычаги подвески выполняют функции направляющих элементов, соединяя колеса с кузовом передают усилие от них, на кузов или на раму. Вертикальное движение колеса по линии вверх-вниз ограничивает пружина амортизатора.   

Есть несколько типов рычагов, различающихся по конструкции:

Также в конструкции этого узла различают верхний и нижний рычаг.

Еще одним важным элементом подвески является стабилизатор поперечной устойчивости, в его задачу входит снижение крена при вхождении автомобиля в поворот, достигается это путем распределения стабилизатором массы автомобиля на все четыре колеса.

Зависимая подвеска предполагает жесткое соединение двух колес на одной оси, соединяющим элементом в ней выступает жесткая балка, называемая мост. Конструкция достаточно простая и вместе с тем надежная. Независимая подвеска не предусматривает жесткой связи между колесами, они перемещаются автономно, то есть, независимо друг от друга, наличие рычагов, верхнего и нижнего в ней обязательно, поскольку они соединяют подвешенную часть кузова с колесами обеспечивая на ряду с амортизатором и пружиной плавность хода автомобиля.

Многорычажная схема, которая применяется при создании современных легковых автомобилей и внедорожников обеспечивает оптимальную управляемость и устойчивость автомобиля при движении, верхний рычаг и нижний работают совместно, надежно удерживая колесо, обеспечивая пассажирам и водителю комфорт при движении автомобиля по дороге.

В конструкции передней подвески в зависимости от её особенностей может присутствовать от двух до нескольких таких элементов, каждый передний рычаг берет на себя часть нагрузки, чем их больше, тем более плавный ход и надежнее крепление колеса, однако тем сложнее весь узел. Многорычажная система применяется в конструкции подвески Mercedes Benz C-klasse W205, рычаг передний правый нижний задний и верхний передний распределяют между собой нагрузку.

Независимая подвеска с использованием многорычажных схем показывает неплохие характеристики, в частности, отличается особой мягкостью, что дает хорошие показатели устойчивости и управляемости автомобиля на больших скоростях. Вместе с тем зависимая подвеска не утратила актуальности, устанавливается она как правило сзади. Сравнительно не сложная конструкция, надежность, простота обслуживания – в этом состоят её плюсы, на каждое из колес предусмотрен один задний рычаг, а значит сокращается количество шаровых опор, а вместе с ними и сайлетблоков, в итоге уменьшается вес всего узла.

Каждый из поперечных рычагов задней подвески прикреплен к подрамнику, шаровая опора соединяет его с кулаком колеса. Функции каждого из верхних рычагов в задней подвеске выполняет непосредственно кузов автомобиля и прикрепленная к нему амортизационная стойка.   

На большинстве современных кроссоверов задняя подвеска также, как и передняя независимая, например, на KIA Sportage 3 рычаг задней подвески верхний и нижний вместе с другими элементами этого узла обеспечивают оптимальную плавность во время движения, наилучшим образом сглаживая тряску и вибрацию.

Рычаги. Физика на каждом шагу

Рычаги

Когда приходится приподнимать тяжелый груз, например, большой валун на поле, часто поступают так: подсовывают прочную палку одним концом под валун, подкладывают близ этого конца небольшой камень, полено или что-нибудь другое для опоры и налегают рукой на другой конец палки. Если валун слишком тяжел, то таким способом удается его приподнять с места.

Такая прочная палка, могущая поворачиваться вокруг одной точки, называется «рычагом», а точка, вокруг которой рычаг поворачивается, – его «точкой опоры». Надо запомнить также, что расстояние от руки (вообще от точки, где приложена сила) до точки опоры называется «плечом рычага»; так же называется расстояние от места, где на рычаг напирает камень, до точки опоры. У каждого рычага, следовательно, два плеча. Эти названия частей рычага нам нужны для того, чтобы было удобнее описать его действие.

Рис. 13

Испытать работу рычага нетрудно: вы можете превратить в рычаг любую палочку и пробовать опрокидывать ею хотя бы стопку книг, подпирая свой рычаг книгой же. При таких опытах вы заметите, что, чем длиннее плечо, на которое вы напираете рукой, по сравнению с другим плечом, тем легче поднять груз. Вы можете на рычаге небольшою силою уравновесить большой груз только тогда, когда действуете на достаточно длинное плечо рычага, – длинное по сравнению с другим плечом. Каково же должно быть соотношение между вашею силою, величиной груза и плечами рычага, чтобы сила ваша уравновешивала груз? Соотношение таково: ваша сила должна быть во столько раз меньше груза, во сколько раз короткое плечо меньше длинного.

Приведем пример. Предположим, нужно поднять камень весом 180 кг; короткое плечо рычага равно 15 см, а длинное – 90 см. Силу, с которой вы должны напирать на конец рычага, обозначим буквой х. Тогда должна существовать пропорция:

х: 180= 15: 90.

Отсюда:

Значит, вы должны напирать на длинное плечо с силою 30 кг.

Еще пример: вы в состоянии налегать на конец длинного плеча рычага с силою только 15 кг. Какой наибольший груз можете вы поднять, если длинное плечо равно 64 см, а короткое – 28 см?

Обозначив неизвестный груз через х, составляем пропорцию:

15: х = 28: 84,

откуда

Значит, вы можете таким рычагом поднять не больше 45 кг.

Сходным образом можно вычислить и длину плеча рычага, если она неизвестна. Например, сила в 10 кг уравновешивает на рычаге груз в 150 кг. Какой длины короткое плечо этого рычага, если его длинное плечо равно 105 см?

Обозначив длину короткого плеча буквою х, составляем пропорцию:

10: 150 = х: 105,

откуда

Короткое плечо равно 7 см.

Тот вид рычага, который был рассмотрен, называется рычагом первого рода. Существует еще рычаг второго рода, с которым мы теперь познакомимся.

Предположим, нужно поднять большой брус (рис. 14). Если он слишком тяжел для ваших сил, то вы засовываете под брус прочную палку, упираете ее конец в пол и тянете за другой конец вверх. В данном случае палка является рычагом; точка его опоры на самом конце; ваша сила действует на второй конец; но груз напирает на рычаг не по другую сторону от точки опоры, а по ту же сторону, где приложена ваша сила. Иными словами, плечи рычага в данном случае: длинное – полная длина рычага и короткое – часть его, засунутая под брус. Точка же опоры лежит не между силами, а вне их. В этом отличие рычага 2-го рода от рычага 1-го рода, у которого груз и сила расположены по разные стороны от точки опоры.

Рис. 14. Рычаги 1-го и 2-го рода: груз и сила расположены по разные стороны от точки опоры

Несмотря на это отличие, соотношение сил и плеч на рычаге 2-го рода такое же, как на рычаге 1-го рода: сила и груз обратно пропорциональны длинам плеч[4]. В нашем случае, если для непосредственного поднятия двери нужно, например, 27 кг, а длина плеч 18 см и 162 см, то сила х, с которой вы должны действовать на конец рычага, определяется из пропорции

х: 27= 18: 162,

откуда

Ваше усилие должно быть не меньше 3 кг (не меньше потому, что сила в 3 кг только уравновешивает сопротивление двери).

Данный текст является ознакомительным фрагментом.

Продолжение на ЛитРес

Простые машины — рычаги | Давайте поговорим о науке

AB Наука 1-6 (1996) 4 Тема Б. Колеса и рычаги

AB Наука 7-8-9 (2003 г., обновлено в 2014 г.) 8 Блок D: Механические системы

г. до н.э. Физика 11 (июнь 2018) 11 Большая идея: энергия находится в разных формах, сохраняется и способна выполнять работу.

г. до н. э. Естественные науки 5 класс (июнь 2016 г.) 5 Большая идея: машины — это устройства, передающие силу и энергию.

МБ Естественные науки 5 класс (2000 г.) 5 Кластер 3: Силы и простые машины

NB Физика 11 (2003) 11 Импульс и энергия

NB Естественные науки 5 класс (2002) 5 Силы и простые машины

NL 5 класс естествознания (2017) 5 Блок 2: Силы и простые машины

НС Физика 11 (2002) 11 Волны

НС Наука P-6 (2019) 5 Физическая наука: силы и простые машины

NT Учебная программа K-6 по науке и технологиям (NWT, 2004) 2 Структуры и механизмы: движение

NT Учебная программа K-6 по науке и технологиям (NWT, 2004) 5 Структуры и механизмы: силы, действующие на конструкции и механизмы

NT Учебная программа K-6 по науке и технологиям (NWT, 2004) K Конструкции и механизмы: машины вокруг нас

NT Наука о знаниях и трудоустройстве 20-4 (Альберта, 2006 г.) 11 Блок B: Общие сведения о системах преобразования энергии

NT Наука о знаниях и возможностях трудоустройства 8 (Альберта, редакция 2009 г.) 8 Блок D: Механические системы

NU Учебная программа K-6 по науке и технологиям (NWT, 2004) 2 Структуры и механизмы: движение

NU Учебная программа K-6 по науке и технологиям (NWT, 2004) 5 Структуры и механизмы: силы, действующие на конструкции и механизмы

NU Учебная программа K-6 по науке и технологиям (NWT, 2004) K Конструкции и механизмы: машины вокруг нас

NU Наука о знаниях и трудоустройстве 20-4 (Альберта, 2006 г.) 11 Блок B: Общие сведения о системах преобразования энергии

NU Наука о знаниях и возможности трудоустройства 8 (Альберта, редакция 2009 г.) 8 Блок D: Механические системы

NU Наука 8 (Альберта, 2003 г., обновлено в 2014 г.) 8 Блок D: Механические системы

ПО Наука и технологии, 1–8 классы (2007 г.) 4 Шкивы и шестерни

ПО Наука и технологии, 1–8 классы (2007 г.) 8 Системы в действии

PE Физика 521А (2009) 11 Импульс и энергия

PE Science 421A (проект, 2018 г. ) 10 СК 3.2 Проанализировать преобразования энергии в механических системах.

PE Естественные науки 5 класс (2012 г.) 5 Физическая наука: силы и простые машины

КК Прикладная наука и технологии Раздел IV Технологический мир

КК Физика Раздел V Преобразование энергии

КК Наука и технология Секция I Технологический мир: силы и движение

КК Наука и технология Раздел III Технологический мир

КК Наука и технология Раздел IV Технологический мир

КК Наука и технологии, Элементарный Элементарный цикл 2 Материальный мир

СК Естественные науки 5 класс (2011 г.) 5 Физическая наука — Силы и простые машины (FM)

YT Science Grade 5 (Британская Колумбия, июнь 2016 г.) 5 Большая идея: машины — это устройства, передающие силу и энергию.

Что такое рычаг? | Обзор механического понимания [Видео]

Рычаги — Механическое понимание

Привет, и добро пожаловать в это видео о рычагах! Мы собираемся обсудить, что такое рычаги, физику, лежащую в основе их работы, и какие существуют разные типы рычагов.

Рычаг — это разновидность простой машины; на самом деле, это одна из самых простых машин. В простейшем виде он состоит из двух частей: жесткого стержня и точки опоры, которая действует как ось.Использование рычага облегчает подъем или перемещение объекта. То есть это упрощает работу с объектом.

Сила, приложенная к объекту с помощью рычага, называется силой нагрузки , а сила, которую вы должны физически приложить к рычагу, называется усилием .

Уловка, позволяющая легко поднять объект с помощью рычага, заключается в расстоянии между приложенной силой и объектом, к которому она прилагается.

Когда мы используем рычаг, мы можем приложить небольшую силу на большем расстоянии, чтобы добиться большей силы на объекте, над которым мы работаем.Таким образом, рычаг позволяет нам проявить силу, которую мы, возможно, не сможем применить своими собственными силами. И наоборот, мы могли бы приложить большую силу рядом с точкой опоры, чтобы поднять объект на большее расстояние, чем мы могли бы достичь.

Помните, работа определяется силой, умноженной на расстояние, на которое сила приложена:

\ (W = F \ умножить на d \)

По законам физики энергия всегда сохраняется, поэтому, когда мы прикладываем некоторое количество работы к рычагу, толкая один конец вверх или вниз, мы фактически все еще получаем такое же количество работы от рычага на другом конце (при условии, что энергия не теряется на трение ).

\ (W_ {in} = W_ {out} \)

Тогда мы можем заменить в F раз d работу ввода и вывода.

\ (F_ {in} d_ {1} = F_ {out} d_ {2} \)

\ (F_ {in} \) — сила, которую мы прикладываем к рычагу при приложении усилия, \ (d_ {1} \) — это расстояние, на котором мы прикладываем эту силу, \ (F_ {out} \) — это сила, которую рычаг прилагает к перемещаемой нами нагрузке, а \ (d_ {2} \) — это расстояние, на котором действует рычаг. сила. Важная концепция здесь заключается в том, что, хотя объем работы не меняется, прилагаемая нами сила может отличаться от силы, действующей на груз, при условии, что расстояния разные.
Это приводит к концепции механического преимущества, или МА, которое представляет собой отношение, описывающее, насколько усиливается усилие, которое вы прикладываете к рычагу. MA> 1 — это то, что мы ищем, это означает, что рычаг прилагает к нагрузке большее усилие, чем то, что было приложено усилием для перемещения рычага.
Часто механическое преимущество рычагов описывается в терминах крутящего момента, или τ, который является мерой силы, приложенной к положению относительно точки поворота. Уравнение для крутящего момента похоже на работу, за исключением того, что расстояние измеряется от точки поворота до места приложения силы.Таким образом, уравнения выглядят очень похожими, и оба соотношения могут использоваться для определения механического преимущества:
\ (τ_ {in} = τ_ {out} \)
\ (F_ {in} \ times r_ {1t} = F_ { out} \ times r_ {2} \)
\ (MA = \ frac {F_ {out}} {F_ {in}} = \ frac {d_ {1}} {d_ {2}} = \ frac {r_ { 1}} {r_ {2}} \)
Таким образом, механическое преимущество может быть записано как \ (MA = \ frac {r_ {1}} {r_ {2}} \), что является просто соотношением рычага оружие.

Для этого рычага \ (r_ {1} \) — это расстояние от оси до точки приложения усилия, а \ (r_ {2} \) — это расстояние от оси до нагрузки.
Не все рычаги выглядят точно так же, как рычаги, которые мы показали до сих пор. Фактически существует три различных «класса» рычагов. Они представляют собой три различных расположения точки опоры, нагрузки и усилия на жестком объекте. Рычаги
класса 1 похожи на те, которые мы уже рассмотрели. Эти рычаги определяются наличием точки поворота между точкой усилия и нагрузкой. Примерами рычага этого типа могут быть качели или лом. Следует отметить, что точка поворота может находиться в любом месте на линии между усилием и нагрузкой, а не только в центре.

В конфигурации рычагов класса 2 нагрузка находится в центре, между точкой поворота и точкой приложения усилия. Примерами рычагов второго класса являются тачки или открывалки для бутылок.

В случае тачки работа выполняется с грузом в тачке, ось находится на колесе, и пользователь прикладывает силу или усилие к ручкам.
Рычаги класса 3 — это устройства, в которых усилие или сила прилагается между грузом и точкой поворота. Примером такого рычага может быть что-то вроде метлы.

Когда вы держите метлу, одна рука является точкой опоры, а другая передает силу. В случае, когда ваша верхняя рука является точкой опоры, это рычаг класса 3, поскольку нагрузка — это конец щетины, а рука, передающая силу, находится между точкой опоры и грузом.

Рычаги везде! Вы действительно можете найти экземпляры каждого класса рычагов в человеческом теле! Рычажные устройства можно усложнить, комбинируя несколько рычагов, например, в ножницах, кусачках для ногтей или болторезных станках.Они называются сложными рычагами.
Теперь, когда мы обсудили типы рычагов и то, как они работают, давайте проверим свои знания парой вопросов!
1. У вас есть простой рычаг класса 1 с точкой поворота на расстоянии 2 метра от одного конца с коробкой на нем. Если другой конец находится на расстоянии 3 метров, какое механическое преимущество вы получите, нажав на этот конец?

A. MA = 0,67
B. MA = 1,33
C. MA = 1,50
D. MA = 2,30
Правильный ответ — C! Механическое преимущество можно найти по соотношению a / b, которое представляет собой расстояние от оси поворота к усилию по отношению к расстоянию от оси поворота до нагрузки.Здесь MA ​​= 3/2 = 1,5.
2. Какой тип рычага действует, когда вы сгибаете руку?
A. Класс 1
B. Класс 2
C. Класс 3
D. Соединение
Правильный ответ — C! Локоть действует как ось, ваш бицепс прикладывает усилие к предплечью, а нагрузка — на нижнюю половину вашей руки и все, что находится в вашей руке.

Вот и все, что касается нашего видео по физике рычагов. Спасибо за просмотр и удачной учебы!

Как работает рычаг и что он может делать?

Рычаги находятся вокруг нас и внутри нас, поскольку основные физические принципы работы рычага — это то, что позволяет нашим сухожилиям и мышцам двигать нашими конечностями.Внутри тела кости действуют как балки, а суставы действуют как точки опоры.

Согласно легенде, Архимед (287–212 до н. Э.) Однажды сказал знаменитую фразу: «Дайте мне место, чтобы встать, и я буду перемещать Землю вместе с ним», когда он раскрыл физические принципы, лежащие в основе рычага. Хотя для того, чтобы действительно переместить мир, потребовался бы чертовски длинный рычаг, это утверждение верно как свидетельство того, как оно может дать механическое преимущество. Известная цитата приписывается Архимеду более поздним писателем Паппом Александрийским.Вероятно, что Архимед никогда этого не говорил. Однако физика рычагов очень точна.

Как работают рычаги? Какие принципы регулируют их движения?

Как работают рычаги?

Рычаг — это простая машина, состоящая из двух компонентов материала и двух рабочих компонентов:

• Балка или сплошной стержень
• Точка опоры или точка поворота
• Входное усилие (или усилие )
• Выходное усилие (или нагрузка или сопротивление )

Балку ставят так, чтобы часть ее упиралась в опору.В традиционном рычаге точка опоры остается в неподвижном положении, в то время как сила прикладывается где-то по длине балки. Затем луч поворачивается вокруг точки опоры, оказывая выходную силу на какой-то объект, который необходимо переместить.

Древнегреческому математику и раннему ученому Архимеду обычно приписывают то, что он первым открыл физические принципы, управляющие поведением рычага, которые он выразил в математических терминах.

Ключевые концепции, действующие в рычаге, заключаются в том, что, поскольку это сплошная балка, общий крутящий момент на одном конце рычага будет проявляться как эквивалентный крутящий момент на другом конце.Прежде чем интерпретировать это как общее правило, давайте рассмотрим конкретный пример.

Балансировка на рычаге

Представьте себе две массы, балансирующие на балке через точку опоры. В этой ситуации мы видим, что есть четыре ключевых величины, которые можно измерить (они также показаны на рисунке):

• M ₁ — Масса на одном конце оси (входное усилие)
• a — Расстояние от точки опоры до M ₁
• M ₂ — Масса на другом конце оси (выходное усилие)
• b — Расстояние от точки опоры до M ₂

Эта основная ситуация проливает свет на отношения этих различных величин.Следует отметить, что это идеализированный рычаг, поэтому мы рассматриваем ситуацию, когда нет абсолютно никакого трения между балкой и точкой опоры, и что нет других сил, которые могли бы вывести баланс из равновесия, как ветер. .

Эта установка наиболее знакома по базовым весам, которые на протяжении всей истории использовались для взвешивания объектов. Если расстояния от точки опоры одинаковы (математически выражаются как a = b ), тогда рычаг будет уравновешен, если веса будут одинаковыми ( M ₁ = M ₂ ) .Если вы используете известные веса на одном конце весов, вы можете легко определить вес на другом конце весов, когда рычаг уравновесится.

Гораздо интереснее, конечно, ситуация, когда a не равно b . В этой ситуации Архимед обнаружил, что существует точная математическая связь — фактически эквивалентность — между произведением массы и расстоянием по обе стороны рычага:

M ₁ a = M ₂ б

Используя эту формулу, мы видим, что если мы удвоим расстояние на одной стороне рычага, потребуется половина массы, чтобы сбалансировать его, например:

a = 2 б
M ₁ a = M ₂ б
M ₁ (2 б ) = M ₂ б
2 M ₁ = M ₂
П ₁ = 0.5 M ₂

Этот пример основан на идее масс, сидящих на рычаге, но эту массу можно заменить чем угодно, что оказывает физическую силу на рычаг, включая человеческую руку, нажимающую на нее. Это дает нам общее представление о потенциальной силе рычага. Если 0,5 M ₂ = 1000 фунтов, тогда становится ясно, что вы можете уравновесить это с помощью груза весом 500 фунтов на другой стороне, просто удвоив расстояние рычага на этой стороне.Если a = 4 b , то вы можете уравновесить 1000 фунтов всего лишь 250 фунтами силы.

Именно здесь термин «кредитное плечо» получает свое общее определение, часто применяемое далеко за пределами области физики: использование относительно меньшего количества власти (часто в форме денег или влияния) для получения непропорционально большего преимущества в результате.

Типы рычагов

При использовании рычага для выполнения работы мы ориентируемся не на массы, а на идею приложения входной силы к рычагу (называемой усилием ) и получения выходной силы (называемой нагрузкой или сопротивлением ). .Так, например, когда вы используете лом, чтобы вытащить гвоздь, вы прилагаете усилие для создания выходной силы сопротивления, которая и вытаскивает гвоздь.

Четыре компонента рычага можно объединить тремя основными способами, в результате чего получатся три класса рычагов:

• Рычаги класса 1: Как и весы, описанные выше, это конфигурация, в которой точка опоры находится между входной и выходной силами.
• Рычаги класса 2: сопротивление возникает между входной силой и точкой опоры, например, в тачке или открывалке для бутылок.
• Рычаги класса 3 : Точка опоры находится на одном конце, а сопротивление — на другом, с усилием между ними, например, с помощью пинцета.

Каждая из этих различных конфигураций по-разному влияет на механическое преимущество, обеспечиваемое рычагом. Понимание этого предполагает нарушение «закона рычага», который впервые формально понял Архимед.

Закон рычага

Основной математический принцип рычага состоит в том, что расстояние от точки опоры можно использовать для определения того, как входные и выходные силы соотносятся друг с другом.Если мы возьмем предыдущее уравнение для уравновешивания масс на рычаге и обобщим его на входную силу ( F _i ) и выходную силу ( F _o ), мы получим уравнение, которое в основном говорит о том, что крутящий момент будет сохраняться при использовании рычага:

F _i a = F _o b

Эта формула позволяет нам составить формулу для «механического преимущества» рычага, которое представляет собой отношение входной силы к выходной силе:

Механическое преимущество = a / b = F _o / F _i

В предыдущем примере, где a = 2 b , механическое преимущество было 2, что означало, что усилие в 500 фунтов можно было использовать для уравновешивания сопротивления в 1000 фунтов.

Механическое преимущество зависит от отношения a к b . Для рычагов класса 1 это можно настроить любым способом, но рычаги класса 2 и 3 накладывают ограничения на значения a и b .

• Для рычага класса 2 сопротивление находится между усилием и точкой опоры, что означает, что a < b . Следовательно, механическое преимущество рычага класса 2 всегда больше 1.
• Для рычага класса 3 усилие находится между сопротивлением и точкой опоры, что означает, что a > b .Следовательно, механическое преимущество рычага класса 3 всегда меньше 1.

Настоящий рычаг

Уравнения представляют собой идеализированную модель работы рычага. Есть два основных допущения, которые приводят к идеализированной ситуации, которая может сбить с толку в реальном мире:

• Балка совершенно прямая и негибкая
• Точка опоры не имеет трения с балкой

Даже в лучших реальных ситуациях это верно лишь приблизительно.Точка опоры может быть сконструирована с очень низким трением, но почти никогда не будет нулевого трения в механическом рычаге. Пока балка контактирует с точкой опоры, будет какое-то трение.

Возможно, еще более проблематичным является предположение, что балка абсолютно прямая и негибкая. Вспомните предыдущий случай, когда мы использовали 250-фунтовый груз, чтобы уравновесить 1000-фунтовый груз. Точка опоры в этой ситуации должна выдерживать весь вес, не провисая и не ломаясь.Разумность этого предположения зависит от используемого материала.

Понимание рычагов — полезный навык во множестве областей, начиная от технических аспектов машиностроения и заканчивая разработкой вашего собственного наилучшего режима бодибилдинга.

Определение рычага по Merriam-Webster

ле · вер | \ ˈLe-vər , ˈLē- \

1а : штанга, используемая для того, чтобы что-то поднять или выбить.

б : побуждающая или побуждающая сила : инструмент использовать пищу как политический рычаг — Время

2а : Жесткая деталь, которая передает и изменяет силу или движение, когда силы прикладываются в двух точках и поворачивается примерно на треть. конкретно : Жесткий стержень, используемый для приложения давления или удержания груза в одной точке своей длины путем приложения силы во второй и поворота в третьей точке на точке опоры.

б : выступающая деталь, с помощью которой механизм (см. Механизм 1) приводится в действие или регулируется. рычаг; рычаг \ ˈLe- və- riŋ , ˈLē-; Lev- riŋ, ˈlēv- \

переходный глагол

1 : для подъема, подъема или перемещения с помощью рычага или как с его помощью

2 : управлять (устройством) как рычагом

Body Levers — Физика тела: движение к метаболизму

Перемещение пациентов — обычная часть работы Джолин в качестве медперсонала в медицинском центре, но на самом деле в биомеханике подъема и транспортировки пациентов нет ничего рутинного.Фактически, «инвалидизация от травм спины и боли в спине затрагивает 38% медперсонала», и здравоохранение занимает большинство позиций в первой десятке рейтинга риска травм спины, в первую очередь из-за перемещения пациентов. Измерения нагрузки на позвоночник показали, что все проверенные стандартные и знакомые задачи по обращению с пациентом помещали медсестру в категорию высокого риска, даже когда она работала с пациентом, который «[имел массу] всего 49,5 кг и был настороже, ориентирован и кооператив — не средний пациент ». Людям свойственно неудобно двигаться, особенно когда кровать пациента и другое медицинское оборудование заставляют медсестру принимать неудобные биомеханические позы.Силы, необходимые для передвижения людей, изначально велики, и биомеханика тела может усиливать эти силы за счет воздействия рычагов или их отсутствия. Чтобы проанализировать силы в теле, включая влияние рычагов, мы должны изучить свойства рычагов.

Способность тела как прикладывать силы, так и противостоять им известна как сила. Одним из компонентов силы является способность прилагать достаточно силы, чтобы перемещать, поднимать или удерживать объект с весом, также известный как груз. Рычаг — это жесткий объект, используемый для облегчения перемещения большого груза на короткое расстояние или небольшого груза на большое расстояние.Есть три класса рычагов, и все три класса присутствуют в корпусе. Например, предплечье является рычагом 3-го класса, потому что бицепс тянет предплечье между суставом (точкой опоры) и мячом (нагрузкой).

Локтевой сустав согнулся, образуя угол 60 ° между плечом и предплечьем, в то время как рука держит мяч весом 50 фунта . Кредит изображения: Физика Университета Openstax

Используя стандартную терминологию рычагов, предплечье — это рычаг, напряжение бицепса — это усилие, локтевой сустав — это точка опоры, а вес мяча — это сопротивление.Когда сопротивление вызвано весом объекта, мы называем его нагрузкой. Классы рычагов идентифицируются по относительному расположению сопротивления, точки опоры и усилия. Рычаги первого класса имеют точку опоры посередине, между нагрузкой и сопротивлением. У рычагов второго класса есть сопротивление посередине. Рычаги третьего класса имеют усилие посередине.

Рычаги первого (вверху), второго (посередине) и третьего (внизу) классов и реальные примеры каждого из них. Кредит изображения: Пирсон Скотт Форесман

Действия по подкреплению

Стопа действует как рычаг с икроножной мышцей, обеспечивающей восходящее усилие, вес тела действует как нагрузка, направленная вниз, а подушечка стопы действует как точка опоры.Изображение адаптировано из OpenStax Anatomy and Physiology

Для всех рычагов усилие и сопротивление (нагрузка) на самом деле являются просто силами, которые создают крутящие моменты, потому что они пытаются повернуть рычаг. Чтобы перемещать или удерживать нагрузку, крутящий момент, создаваемый усилием, должен быть достаточно большим, чтобы уравновесить крутящий момент, вызванный нагрузкой. Помня, что крутящий момент зависит от расстояния, на котором сила приложена к оси, усилие, необходимое для уравновешивания сопротивления, должно зависеть от расстояния усилия и сопротивления от оси.Эти расстояния известны как рычаг усилия и рычаг сопротивления (рычаг нагрузки , ) . Увеличение рычага усилия уменьшает величину усилия, необходимого для балансировки момента нагрузки. Фактически отношение усилия к нагрузке равно отношению рычага усилия к рычагу нагрузки:

(1)

Примеры на каждый день: напряжение бицепса

Давайте посчитаем необходимое напряжение бицепса в нашем начальном примере с рычагом тела, когда в руке держится мяч весом 50 фунтов .Теперь мы готовы определить напряжение бицепса в нашей задаче предплечья. Рычаг усилия был 1,5 в , а рычаг нагрузки был 13,0 в , поэтому рычаг нагрузки в 8,667 раз длиннее рычага усилия.

Это означает, что усилие должно быть в 8,667 раз больше, чем нагрузка, поэтому для нагрузки в 50 фунтов напряжение бицепса должно быть 433 фунтов ! Это может показаться большим, но мы обнаружим, что такие силы обычны в тканях тела!

* Корректировка значимых цифр

Наконец, мы должны убедиться, что в нашем ответе правильные значащие числа.Вес мяча в примере не записан в экспоненциальной нотации, поэтому не совсем ясно, являются ли нули заполнителями или они значимы. Предположим, что значения не были измерены, а были выбраны гипотетически, и в этом случае они являются точными числами, как в определении, и не влияют на значащие цифры. Измерение длины предплечья включает в себя нули после десятичной дроби, которые не нужны для определения, поэтому они предполагают уровень точности измерения. Мы использовали эти значения при умножении и делении, поэтому нам следует округлить ответ до двух значащих цифр, потому что 1.5 из всего два (13,0 из их три). В этом случае мы округляем напряжение бицепса до 430 фунтов , что мы также можем записать в экспоненциальной нотации:.

* Без веса предплечья

Примечание. В нашем анализе мы проигнорировали вес предплечья. Если бы мы хотели включить эффект веса предплечья в нашу примерную задачу, мы могли бы найти типичный вес предплечья, а также посмотреть, где находится центр тяжести предплечья, и включить эту нагрузку и руку сопротивления.Вместо этого давайте воспользуемся этой возможностью, чтобы попрактиковаться, делая оправданных предположений. Мы знаем, что предплечья обычно весят всего несколько фунтов, но вес мяча составляет 50 фунта , поэтому вес предплечья примерно на порядок (в 10 раз) меньше веса мяча. Кроме того, центр тяжести предплечья расположен ближе к оси поворота, чем вес, поэтому крутящий момент будет значительно меньше. Таким образом, было разумно предположить, что вес предплечья был незначительным для наших целей.

Отношение нагрузки к усилию известно как механическое преимущество (MA) . Например, если вы использовали рычаг второго класса (например, тачку), чтобы переместить 200 фунтов грязи, подняв всего лишь 50 фунтов усилия, механическое преимущество будет равно четырем. Механическое преимущество равно отношению плеча усилия к плечу сопротивления.

(2)

Обычно мы думаем, что рычаги помогают нам прилагать меньше усилий для удержания или перемещения больших грузов, поэтому наши результаты для примера предплечья могут показаться странными, поскольку нам приходилось прилагать большее усилие, чем нагрузка.Бицепс прикрепляется близко к локтю, поэтому рука для нагрузки намного короче, чем рука для нагрузки, а механическое преимущество меньше единицы. Это означает, что сила, создаваемая бицепсом, должна быть намного больше веса мяча. Это кажется механическим недостатком, так чем же это полезно? Если мы посмотрим, как далеко переместился вес по сравнению с тем, насколько сильно сократился бицепс при поднятии веса из горизонтального положения, мы увидим, что цель рычага предплечья — увеличить диапазон движения, а не уменьшить необходимое усилие.

Диаграмма, показывающая разницу в расстоянии, пройденном сокращающимся бицепсом, и весом руки при перемещении предплечья из горизонтального положения. Изображение адаптировано из Openstax University Physics

Глядя на аналогичные треугольники на диаграмме предплечья, мы видим, что соотношение расстояния, на которые перемещаются усилие и нагрузка, должны быть такими же, как отношение плеча усилия к рычагу сопротивления. Это означает, что увеличение рычага усилия для уменьшения величины требуемого усилия также уменьшит диапазон движения груза на тот же коэффициент .Интересно отметить, что, если переместить точку крепления бицепса на 20% ближе к руке, это сделает вас на 20% сильнее, тогда вы сможете перемещать руку на 20% меньший диапазон.

Схема предплечья как рычага, показывающая аналогичные треугольники, образованные частями предплечья, когда оно перемещается от 90 градусов до 60 градусов от горизонтали. Гипотенуза (длинная сторона) меньшего синего треугольника — это плечо усилия, а гипотенуза большего пунктирного красного треугольника — плечо нагрузки.Вертикальные стороны треугольников — это расстояния, на которые перемещаются усилие (синий) и нагрузка (красный пунктир).

Для рычагов третьего класса нагрузка всегда дальше от точки опоры, чем усилие, поэтому они всегда увеличивают диапазон движения, но это означает, что они всегда будут увеличивать требуемое усилие на тот же коэффициент. Даже когда усилие больше, чем нагрузка, как для рычагов третьего класса, мы все равно можем вычислить механическое преимущество, но оно окажется меньше единицы.

Рычаги второго класса всегда имеют нагрузку ближе к точке опоры, чем усилие, поэтому они всегда позволяют меньшему усилию перемещать большую нагрузку, давая механическое преимущество больше единицы.

Рычаги первого класса могут обеспечивать либо механическое преимущество, либо увеличивать диапазон движения, в зависимости от того, длиннее ли рычаг усилия или рычаг нагрузки, поэтому они могут иметь механическое преимущество больше или меньше единицы.

Рычаг не может обеспечить механическое преимущество и одновременно увеличить диапазон движения , поэтому каждый тип рычага имеет свои преимущества и недостатки:

Сравнение преимуществ и недостатков классов рычагов

Класс рычага	Преимущество	Недостаток
3-я	Диапазон движения Груз перемещается дальше усилия. ( Короткое сокращение бицепса отодвигает руку далеко )	Требуемые усилия Требуется большее усилие для удержания меньшего груза. ( Напряжение бицепса больше веса в руке )
2-я	Требуемые усилия Меньшее усилие переместит больший груз. ( Одна икроножная мышца может поднять вес всего тела )	Диапазон движения Груз перемещается на меньшее расстояние, чем усилие. ( Икроножная мышца сокращается дальше, чем расстояние, на которое пятка отрывается от пола )
1-й (усилие ближе к оси)	Диапазон движения Груз перемещается дальше усилия. ( Голова движется вверх / вниз дальше, чем сокращаются мышцы шеи )	Требуемые усилия Требуется большее усилие для удержания меньшего груза.
1-й (нагрузка ближе к оси)	Требуемые усилия Меньшее усилие переместит больший груз.	Диапазон движения Груз перемещается на меньшее расстояние, чем усилие.

Посмотрите следующую симуляцию рычага, чтобы узнать, как сила и расстояние от точки опоры влияют на равновесие рычага. Это моделирование включает эффекты трения, поэтому вы можете увидеть, как кинетическое трение в шарнире (шарнире) останавливает движение, а статическое трение способствует поддержанию статического равновесия, препятствуя началу движения.

Рычажные системы в теле

Вы когда-нибудь замечали, насколько легче сделать подъем на носки с весом 50 фунтов, чем сгибание бицепса с весом 50 фунтов? Это потому, что ваш бицепс меньше или слабее икроножной мышцы? Возможно! Но даже если бы ваши мышцы были такими же сильными, все равно было бы легче выполнить подъем на носки, чем на бицепс. Почему это?

Наше тело состоит из множества синовиальных суставов, которые функционируют как рычажные системы. Причина, по которой легче выполнять подъем на носки с отягощением, чем сгибание на бицепс, заключается в том, что система рычагов, задействованная в сгибании бицепса, механически менее эффективна, чем система рычагов, задействованная в подъеме на носки.

Икроножная мышца. Изображение из Muscles & Kinesiology.

Детали рычага

Синовиальные суставы — подвижные суставы; Вот несколько примеров: плечо, позвоночник, колено, локоть и лодыжка. Чтобы понять, почему некоторые синовиальные суставы имеют более эффективные рычажные системы, мы должны сначала понять взаимосвязь между тремя частями рычага: усилием или силой, приложенной к рычагу, точкой опоры и нагрузкой. Синовиальный сустав также имеет следующее: усилие (приложенная к мышце сила в месте прикрепления кости), точка опоры (ось сустава) и нагрузка (перемещаемая часть тела / вес).

Три типа рычагов

Существует три различных типа рычагов: первого класса, второго класса и третьего класса. Каждый из этих классов рычагов имеет уникальное расположение мышц (усилие) и костей (рычаг / рука) вокруг сустава (точки опоры). См. Таблицу ниже, чтобы наглядно представить разницу между рычагами:

Рычаг усилия по сравнению с рычагом нагрузки

Эффективность рычага зависит от отношения рычага усилия к рычагу нагрузки .Рычаг усилия (EA) — это расстояние между точкой опоры и усилием; в теле это расстояние между суставом и местом прикрепления мышцы. Рычаг нагрузки (LA) — это расстояние между точкой опоры и грузом; в теле это расстояние между суставом и нагруженной частью тела.

Чем больше отношение рычага усилия к рычагу нагрузки, тем эффективнее система рычагов (т.е. тем легче перемещать груз). Следовательно, если расстояние между местом прикрепления мышцы и суставом больше, чем расстояние между нагрузкой и суставом, ваша мышца находится в выигрыше.Вот почему икроножная мышца может поднимать больше веса, чем бицепс, даже если они столь же сильны!

Рычаги, участвующие в подошвенном сгибании и сгибании локтя. Иллюстрации из анатомии и физиологии.

Чтобы понять эту концепцию, давайте рассмотрим базовый пример рычага первого класса.

Представьте, что вам нужно переместить действительно тяжелый камень. Чтобы поднять его, вы можете создать первоклассную рычажную систему с лопатой и шлакоблоком.Вы стратегически располагаете шлакоблок так, чтобы при использовании его в качестве рычага на него опиралась середина рукоятки лопаты. Теперь, когда вы кладете руки на конец лопаты, чтобы приложить направленную вниз силу (усилие), которая усиливает камень (груз), ваши руки и камень находятся на одинаковом расстоянии от шлакоблока (точки опоры). Таким образом, ваше плечо усилия и плечо нагрузки равны.

Чтобы упростить задачу, можно переместить шлакоблок ближе к камню, перемещая точку опоры ближе к грузу.Это уменьшает рычаг нагрузки и увеличивает рычаг усилия, делая рычаг более эффективным и позволяя поднимать камень с меньшим усилием.

Атланто-затылочный сустав как рычаг первого класса

Примером первоклассного рычага в теле человека является голова и шея при вытягивании шеи. Точка опоры (атланто-затылочный сустав) находится между нагрузкой (передняя часть черепа) и усилием (мышцы-разгибатели шеи). Мышцы прикрепляются к задней части черепа, чтобы рука могла прикладывать наибольшее усилие.Атланто-затылочный сустав посередине обеспечивает рычаг, и когда мышцы сокращаются, вытягивая затылочную кость вниз, передняя часть черепа приподнимается. Вы можете придумать другие примеры?

Атланто-затылочный сустав как рычаг первого класса. Скриншот из Атласа анатомии человека.

Сгибание шеи в действии. Видеозапись из журнала Muscles & Kinesiology.

Локтевой сустав как рычаг третьего класса

Примеров рычажной системы третьего класса в организме человека предостаточно.В нашем случае сгибания бицепса с отягощением и подъема на икры рычажная система, участвующая в сгибании бицепса, механически менее эффективна, чем система рычагов, задействованная в подъеме на икры. Локтевой сустав — это пример рычага третьего класса, работающего с усилием между грузом и точкой опоры.

Расстояние между локтевым суставом и местом прикрепления сухожилия двуглавой мышцы очень мало, особенно по сравнению с расстоянием между локтевым суставом и грузом в руке. Рычаг усилия значительно короче, чем рычаг нагрузки, что делает соотношение очень маленьким.Когда вы пытаетесь согнуть вес, ваш бицепс должен работать усерднее, потому что он находится в невыгодном механическом положении.

Локтевой сустав как рычаг третьего класса. Скриншот из Атласа анатомии человека.

Сгибание локтя. Видеозапись из журнала Muscles & Kinesiology.

Теленок как рычаг второго класса

Однако икроножная мышца теленка имеет механическое преимущество. При подошвенном сгибании голень действует как рычаг второго класса. Рычаг второго класса — единственный рычаг, который может гарантировать, что плечо усилия всегда будет больше плеча нагрузки.Такое расположение приводит к большему соотношению усилия на рычаге к рычагу нагрузки, что делает рычаг второго класса наиболее механически выгодным.

При подъеме на икры усилие исходит от икроножной мышцы, которая прикреплена к пяточной кости. Нагрузка исходит от веса вашего тела и дополнительного веса, который вы держите; эта сила действует на систему рычагов через большеберцовую кость. Точка опоры образована пястно-фаланговым суставом.

В этой конфигурации нагрузка находится посередине, а усилие дальше всего от точки опоры.Следовательно, при подошвенном сгибании можно перемещать гораздо больший вес, чем при сгибании локтя, даже если ваш бицепс так же силен, как и ваша голень.

Теленок как рычаг второго класса. Скриншот из Атласа анатомии человека.

Подошвенное сгибание в действии. Видеозапись из журнала Muscles & Kinesiology.

Все эти рычажные системы используются по всему человеческому телу. Однако бывает сложно определить, какую систему использует сустав! Если вы застряли, помните, что для классификации рычага вы должны проанализировать, где действуют силы.Например, некоторые мышцы существуют на одной стороне сустава, но их сухожилия пересекают сустав и прикладывают силу к кости на противоположной стороне. Вот что происходит с коленом. Можете ли вы выяснить, какую систему рычагов использует колено?

Разгибание колена. Видеозапись из журнала Muscles & Kinesiology.

Как и на изображениях выше, вы можете использовать инструмент рисования в Атласе анатомии человека и Muscles & Kinesiology, чтобы нарисовать диаграммы, которые помогут вам определить, какой тип рычажной системы использует определенный сустав.Удачи в обучении!

---

Не забудьте подписаться на блог Visible Body , чтобы узнать больше об анатомии!

Вы инструктор? У нас есть отмеченные наградами 3D-продукты и ресурсы для вашего курса анатомии и физиологии! Подробнее здесь.

Рычаги, используемые в повседневной жизни

Рычаги облегчают подъем тяжелых материалов, удаление плотных предметов и разрезание предметов. Первоклассный рычаг имеет точку опоры в центре между усилием или силой и грузом, перемещаемым или поднимаемым объектом.Рычаг второго класса имеет точку опоры на одном конце и груз посередине. Рычаг третьего класса имеет точку опоры на одном конце и нагрузку на противоположном конце. Повседневные рычаги помогают выполнять задачи, которые в противном случае были бы слишком тяжелыми или громоздкими для маневра.

Молотковые когти

••• Mark Herreid / Hemera / Getty Images

Молотковые когти — это обычные рычаги, которые помогают удалить врезанные гвозди в древесину или другие твердые поверхности. Захваты молота — это первоклассные рычаги, потому что точка опоры находится в основании головки молота, и вы используете усилие, также известное как сила, чтобы поднять ручку и поддеть материалы концом с металлическим когтем.Первоклассный рычаг похож на традиционные качели, потому что приложенная сила на одном конце поднимает другой конец благодаря тому, что точка опоры образует точку поворота посередине.

Несущие тачки

••• sanddebeautheil / iStock / Getty Images

Тачки — полезный повседневный инструмент, поскольку они позволяют перевозить слишком громоздкие или тяжелые грузы на руках.