Простые механизмы

К простым механизмам относятся такие, как рычаг, блок и наклонная плоскость.

Рычаг — твердый стержень, закрепленный на оси. Различают рычаги первого и второго родов. Точки приложения сил ?j и ?2, действующих на рычаг первого рода, лежат по обе стороны от точки опоры 0 (рис. 2.29, а), для рычага второго рода — по одну строну от опоры (рис. 2.29, б).

Согласно правилу моментов сил рычаги дают выигрыш в силе:

где I], 12 — плечи рычага.

Рис. 2.29

Неподвижный блок—диск с желобом по ободу (рис. 2.30, а): он позволяет изменить направление действия силы, но не дает выигрыша в силе:

Подвижный блок (рис. 2.30, б) дает выигрыш в силе в два раза:

При отсутствии сил трения наклонная плоскость (рис. 2.31) позволяет уменьшить необходимую для перемещения тела силу F, направленную параллельно наклонной плоскости, во столько раз, во сколько высота h меньше длины I наклонной плоскости:

Рис. 2.30

Рис. 2.31

Простые механизмы не дают выигрыша в работе.

Механика жидкостей и газов

Гидро- и аэростатика — часть механики, которая изучает условия равновесия жидкостей и газов, а также тел, погруженных в жидкость и газ.

Гидродинамика — раздел физики, изучающий законы движения жидкостей и газов и их взаимодействие с твердыми телами.

Давление — физическая величина (скалярная), равная отношению модуля силы AF, действующей перпендикулярно поверхности, к площади AS этой поверхности (рис. 2.32, а):

Рис. 2.32

Если давление постоянно в пределах поверхности S, то

Единица давления: паскаль (Па), 1 Па = 1 Н/м2.

Внесистемными единицами давления являются: физическая нормальная атмосфера (атм), техническая атмосфера (ат) и миллиметр ртутного столба (мм рт. ст.).

Некоторые соотношения между единицами давления:

1 атм = 1,033 атм = 760 мм рт. ст. = 101 325 Па;

Следует различать давление Р и силу давления F„ = PS. Если сила F производит на жидкость или газ внешнее воздействие, то давление по разные стороны элементарной площадки AS (в пределе исчезающей малой площадью боковой поверхности), находящейся на глубине h, будут одинаковыми при любой ориентации площадки (рис. 2.32, б).

Закон Паскаля: внешние силы, приложенные к поверхности жидкости или газа, создают давление, одинаковое в любой точке объема жидкости или газа. Согласно закону Паскаля, в данной точке жидкости или газа давление одинаково по всем направлениям.

Гидростатическое давление — давление, вызванное весом жидкости и зависящее от высоты столба жидкости (рис. 2.32, в):

где р — плотность жидкости; h — высота столба жидкости.

Давление в любой точке покоящейся жидкости складывается из внешнего (статического) давления Р0 и гидростатического давления:

Среднее давление на боковую стенку сосуда высотой Я:

Сообщающиеся сосуды — сосуды, имеющие общее дно так, чтобы жидкость свободно перемещалась из одного сосуда в другой.

В сообщающихся сосудах любой формы (рис. 2.33, а) свободные поверхности однородной жидкости находятся на одном уровне (h 1 = h2), а давление на любом горизонтальном уровне (mn) одинаково:

В сообщающихся сосудах высоты неоднородных жидкостей {hi, h2 и /г3) находятся из условия равенства давления (Pj = Р2) на любом общем уровне (mn), ниже которой жидкость однородна (рис. 2.33, б):

Рис. 2.34

Рис. 2.33 Рис. 2.34

Гидравлический пресс — устройство, которое представляет собой сообщающиеся сосуды различного сечения с поршнями, под которыми находится несжимаемая жидкость (рис. 2.34).

Гидравлический пресс дает выигрыш в силе во столько раз, во сколько раз площадь большего поршня больше площади меньшего поршня:

Закон Архимеда: на тело, погруженное в жидкость (или газ), действует со стороны жидкости (или газа) направленная вверх выталкивающая сила (Архимедова сила), равная весу вытесненной телом жидкости (или газа):

где тжг, VT — масса и объем погруженной в жидкость части тела; сжг — плотность жидкости (или газа).

Точкой приложения архимедовой силы является центр масс погруженной части тела — центр давления С (рис. 2.35, а). Если часть поверхности тела плотно прилегает к дну сосуда и между ними нет прослойки жидкости, то сила Архимеда, действующая на тело, равна нулю (рис. 2.35, б); Fg = рghS — сила давления на верхнюю часть тела площадью S.

Рис. 2.35

Рис. 2.36

Условие плавания тел (рис. 2.36):

  • а) fA > mg — тело плавает, при этом рх < рж;
  • б) Fa< mg — тело тонет, при этом рт > рж;
  • в) FA = mg — тело находится в равновесии на любой глубине, при этом рт = рж.

Здесь рж, рт — соответственно плотности жидкости и тела. Для тела, погруженного частично в жидкость (рис. 2.36), условие плавания

где VT — объем части тела, погруженного в жидкость; V — объем тела; рж, рт — соответственно плотности жидкости и тела.

Подъемная сила — равнодействующая выталкивающей силы F и силы тяжести mg тела:

Подъемная сила аэростата (рис. 2.37):

Рис. 2.37

Fnoa = fa - (Q + mg) = (рв - pr)Vg - mg, где Fa — выталкивающая (архимедова) сила, действующая со стороны воздуха на аэростат; Q = prVg — сила тяжести легкого газа, заполняющего оболочку аэростата; V — его объем; Ри, Рг — соответственно плотности воздуха и легкого газа; mg — сила тяжести аэростата.

Подъемная сила аэростата для его плавания в воздухе должна быть больше силы тяжести аэростата, т. е. больше силы тяжести оболочки, гондолы и аэронавтов.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >