O stronie
EN
Dźwignia dwustronna
Co zrobić gdy jedyną drogę zastąpi nam głaz tak ciężki, że nie można go podnieść ani przepchnąć nawet zapierając się nogami mocno o ziemię? Ktoś odpowie, że trzeba zadzwonić po dźwig. No tak, ale taka usługa kosztuje i jest czasochłonna. A może jest jakiś inny sposób? Musi być, w końcu ludzie przez wieki stają przed takim problemem i radzili sobie z nim na długo przed tym zanim wynaleziono i telefony i dźwigi. No więc skoro nie dźwigiem, to jak?

Jeśli nie da się przesunąć głazu-zawalidrogi gołymi rękami to trzeba jakiegoś narzędzia. Wczuwając się w położenie człowieka sprzed wieków, a nawet współczesnego zastanego przez taką sytuację np. w lesie, pojawia się świadomość dostępnych środków. Chwyta się w takiej sytuacji za to co jest pod ręką, a więc belki w postaci konara i próbuje tym podważyć zawadzający głaz. Intuicja oraz metoda prób i błędów prowadzi nas w tych poczynaniach. Belka będzie zapadać się w miękkiej ziemi. Trzeba ją na czymś podeprzeć. Może to być jakiś nieduży kamień. Belkę podpiera się wówczas na tym kamieniu niesymetrycznie, to znaczy tak, aby pod głazem znajdowała się możliwie najkrótsza jej część i automatycznie z drugiej strony najdłuższa. Następnie część dłuższą ciągnie się z całej siły ku dołowi. Jeśli belka jest na tyle wytrzymała można się na niej nawet zawiesić całym swoim ciężarem. Spostrzeżemy, że najlepszy efekt osiągamy jeśli ciągniemy za jej koniec. Głaz jeśli nie jest przesadnie duży powinien ustąpić pod naporem takich działań. Nieraz taki sposób na przesunięcie przeszkody na drodze okazał się skuteczny.

Belkę użytą w ten sposób nazywa się dźwignią, a jeszcze precyzyjniej można powiedzieć dźwignią dwustronną ponieważ siły działają w tym przypadku po obu stronach osi obrotu. Po jednej stronie działa duży ciężar głazu przyłożony przez krótkie ramię, a z drugiej strony można go zrównoważyć przykładając małą siłę mięśni naszych rąk przez długie ramię dźwigni. Patrząc jeszcze inaczej, z jednej strony praca wykonywana jest przez dużą siłę na małej drodze, a z drugiej strony ta sama praca wykonywana jest przez małą siłę na długiej drodze - wszystko w zgodzie z zasadą zachowania energii. Bardzo sprytne. Prosty sposób, a jaki skuteczny. Im dalej od punktu podparcia będziemy naciskać na dźwignię tym mniejszej siły będziemy potrzebować na zrównoważenie ciężaru głazu podważanego przez krótszy koniec belki. Teoretycznie, wydłużając dźwignię można by podnieść duży głaz małym paluszkiem. Najbardziej obrazowo ujął to Archimedes słowami: "Dajcie mi wystarczająco długą dźwignię i punkt podparcia, a sam jeden poruszę Ziemię".

Dźwignią dwustronną można też przezwać łom, kombinerki, żuraw do czerpania wody ze studni czy wagę taką ja ta trzymana przez Temidę. Jeśli siły działają tylko po jednej stronie osi obrotu to wówczas mówi się o dźwigni jednostronnej. Przykładami są tu taczki ,praska do czosnku czy dziadek do orzechów. We wszystkich tych urządzeniach uzysk polega na tym, że dysponując małą siłą możemy wykonać daną pracę wymagającą dużej siły z tym, że na dłuższej drodze. Do tego jeszcze jeden przykład ilustrujący to o czym tu mowa. Powiedzmy, że chcemy przemieścić ciężką beczkę na pewną wysokość. Można to zrobić bezpośrednio poprzez podniesienie jej, ale jeśli jest bardzo ciężka możemy nie dać rady. Jak temu zaradzić? Trzeba skorzystać z równi pochyłej. Jeśli jej kąt nachylenia będzie nieduży to beczkę będzie można łatwo wtoczyć na żądaną wysokość. Podobnie przy wędrówce pod górę. Droga wprost na szczyt jest wprawdzie najkrótsza ale wymaga dużej siły, zamiast tego można wybrać dłuższą krętą ścieżkę ale już nie tak stromą. Ogólnie dźwignie, równie pochyłe, kołowroty i inne podobne narzędzia określa się jako maszyny proste. Dzięki ich prostocie i skuteczności służyły nam i będą służyć przez wieki wieków.

Na zdjęciach w tej galerii przedstawione są szkolne dźwignie dwustronne. Dźwignia dwustronna jest zrównoważone jeśli moment siły (tzn. siła razy ramię) jest z jednej i drugiej strony taki sam. W przeciwnym wypadku dźwignia jest niezrównoważona. Tę zasadę, odkrytą przez Archimedesa, ilustrują dołączone tu fotografie.

Na ostatnim zdjęciu pokazane jest jak przy użyciu dźwigni dwustronnej wyznaczyć masę danego ciała. Na jednym ramieniu podwiesza się obciążniki. Wiadomo, że masa jednego obciążnika wynosi 50 g. Ponieważ jest ich trzy więc ich łączna masa wynosi 150 g i zostały zawieszone w odległości 20 cm od osi obrotu. Przedmiot, którego masę chcemy wyznaczyć (tutaj prostopadłościan z mosiądzu) zawiesza się tak aby dźwignia była w równowadze. Gdy nam się to uda wystarczy zmierzyć jego odległość od osi obrotu. Dla tego konkretnego przykładu wychodzi, ze jest to 22,8 cm. Te dane są kompletne do tego aby obliczyć, że masa tego mosiężnego klocka wynosi około 132 g. Warto samodzielnie przeliczyć ten przykład.

Powrót

 

Galeria powstaje przy użyciu:

Canon EOS 40D
Canon EOS 40D
Canon EOS 40D
Canon EOS 40D
Kodak EasyShare Z950
Kodak EasyShare Z950
Gimp
Gimp
* - jeśli w galerii pojawią się zdjęcia wykonane innym sprzętem zostanie to zaznaczone (patrz również dane EXIF)
Copyright © 2015-2026 obrazFizyki.pl.
Wszelkie prawa zastrzeżone.
Ta strona używa plików cookies. kontakt@obrazFizyki.pl