杠杆定律

在本文中,您将了解什么是杠杆定律。我们还向您展示了一个例子,解释杠杆定律如何影响作用在其上的力。此外,你还可以通过分步练习来练习杠杆定律。

从逻辑上讲,在了解杠杆定律的组成之前,我们必须非常清楚杠杆是什么。这就是为什么我们建议您在继续解释之前先访问以下帖子:

请参阅:什么是杠杆?

什么是杠杆定律?

杠杆定律是与作用在杠杆上的不同力相关的定律。因此,利用杠杆定律来解决涉及杠杆的问题。

更具体地说,杠杆定律指出,功率乘以手臂长度的乘积等于阻力乘以手臂长度的乘积。

因此,杠杆定律使我们能够在数学上将阻力(负载施加在杠杆上的力)与功率(克服负载必须施加的力)联系起来。

杠杆定律公式

杠杆定律公式在数学上将功率与杠杆的阻力联系起来。更具体地说,杠杆定律指出,功率乘以动力臂等于阻力乘以阻力臂。

杠杆定律的公式

金子:

  • 支撑点或支点 (F) :这是杠杆上保持的部分。因此,它支撑着杠铃杆及其上方身体的全部重量。
  • 作用力或功率 (P) :是施加到杠杆上以抵消另一侧负载的力。
  • 负载或阻力 (R) :是必须克服的力。
  • 动力臂(BP) :这是动力和支点之间的距离。
  • 阻力臂 (BR) :这是阻力点和支撑点之间的距离。

请注意,杠杆定律仅在杠杆处于平衡状态(即静止状态)时才成立。因此,如果杠杆移动,杠杆方程就不成立。

杠杆定律示例

例如,在本节中,我们将看到抵消阻力所必须施加的力值如何根据杠杆臂的长度而变化。

首先,我们来看看当支点位于力和阻力中间时会发生什么:

杠杆定律示例1

我们应用杠杆定律的公式来计算力量的值:

P\cdot BP=R\cdot BR

P=\cfrac{R\cdot BR}{BP}

P=\cfrac{100\cdot 150}{150}

P=100 \ N

因此,如果支点恰好位于力和阻力之间的中间,则必须施加在杠杆上的力等于阻力。

其次,我们将分析支撑点更接近阻力而不是幂的情况:

杠杆定律示例2

P\cdot BP=R\cdot BR

P=\cfrac{R\cdot BR}{BP}

P=\cfrac{100\cdot 100}{200}

P=50 \N

所以当功率臂长于阻力臂时,功率值小于电阻值。

最后,我们研究支撑点更接近功率点而不是阻力点的情况:

杠杆定律3的例子

P\cdot BP=R\cdot BR

P=\cfrac{R\cdot BR}{BP}

P=\cfrac{100\cdot 220}{80}

P=275 \ N

总之,当支点距离力比距离阻力更近时,必须施加大于阻力的力来平衡天平。

解决了杠杆定律的练习

在做练习之前,我们建议您访问以下链接,其中我们解释了不同类型的杠杆,因为每种类型的杠杆都有一个练习,您必须清楚每种类型是什么才能解决问题。 。

请参阅:杠杆类型

练习1

将 50 公斤重的身体放置在由 300 厘米刚性杆制成的一级杠杆旁边。如果负载和支点之间的距离为 180 厘米,则放置在杠杆另一侧的身体必须有多少重量才能保持平衡?

这个问题中的杠杆是一级杠杆,我们只知道阻力(50公斤)和阻力臂(180厘米)。但是,由于我们知道杆的长度,因此我们可以通过减去杆的总长度减去阻力臂的长度来计算功率臂:

BP=300-180=120 \text{ cm}

然后,我们可以应用杠杆法则来确定幂的值:

P\cdot BP=R\cdot BR

我们将数据代入公式:

P\cdot 120=50\cdot 180

最后,我们求解方程中的未知数:

P=\cfrac{50\cdot 180}{120}

P=75 \text{ kg}

练习2

我们在独轮车中放置一个重 70 公斤的物体,距支撑点 50 厘米。如果手推车所在的部分距支点140厘米,我们必须付出多大的力才能用手推车运输物体?

独轮车是二级杠杆,因为阻力位于支点和动力之间。因此,要解决这个问题,我们必须运用杠杆定律:

P\cdot BP=R\cdot BR

我们将已知的数据代入等式中:

P\cdot 140=70\cdot 50

最后,我们求解方程中的未知数:

P=\cfrac{70\cdot 50}{140}

P=25 \text{ kg}

因此,您必须付出相当于举起 25 公斤的力量。

练习3

在三度杠杆中,必须施加相当于 60 N 的力来抵消距支点 80 cm 处 15 N 的阻力。计算所施加的功率距离支点多远。

在这个三级杠杆问题中,我们需要确定动力臂。因此,为了解决这个问题,我们需要应用杠杆方程:

P\cdot BP=R\cdot BR

我们将已知的数据代入等式中:

60\cdot BP=15\cdot 80

我们求解方程中的未知数:

BP=\cfrac{15\cdot 80}{60}

BP=20 \text{ cm}

因此,必须在距离支点 20 厘米处施加动力。

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