Качественные задачи по физике в средней школе и не только… (Тульчинский) - страница 47

54. Как перекусить проволоку

Прежде всего, проволоку нужно расположить перпендикулярно к режущим кромкам: в этом случае сечение разреза будет иметь наименьшую площадь, то есть нам придется разорвать наименьшее количество молекулярных связей.

Чтобы перерезать проволоку, нужно приложить к ней определенную силу. Проволока будет давить на кромку с такой же по величине ответной силой. Чем ближе проволока расположена к концу режущей кромки, тем больше плечо этой силы – а значит, придется приложить большее усилие к ручкам кусачек. Поскольку в этом случае мы стремимся получить выигрыш в силе, а не в расстоянии, проволоку лучше расположить ближе к началу режущей кромки.

55. Подбираем ножницы

Как и в задаче 54, процесс резки ножницами – это использование рычага.

Бумага разрезается легко, так что в этом случае мы стремимся выиграть в расстоянии, а не в силе. Значит, бумагу можно резать ножницами с длинными лезвиями, используя всю длину лезвий: даже когда бумага режется у самых концов лезвий, то есть плечо силы сопротивления велико, нам несложно преодолеть эту силу, зато мы можем сделать длинный разрез всего несколькими движениями. А вот ножницы с короткими лезвиями будут тут менее удобны: придется совершить много режущих движений практически «впустую».

Плотный картон сопротивляется гораздо сильнее, так что ножницы с короткими лезвиями будут тут вполне уместны, а ножницами с длинными лезвиями придется пользоваться «не на всю длину».

56. Двое на качелях

Поскольку масса взрослого человека больше, чем масса ребенка, то и действующая на него сила тяжести будет больше. Качели-балансир представляют собой рычаг. Чтобы уравновесить на рычаге бóльшую силу меньшей, нужно правильно распорядиться плечами сил: у большей силы должно быть меньшее плечо. Это значит, что взрослому нужно просто сесть ближе к опоре качелей.

57. Нарушаем правила

Казалось бы, если силы одинаковые, а плечи сил разные, равновесия получиться не может. И это действительно так – просто плечом силы правильно считать не расстояние от оси вращения (точки опоры рычага) до точки приложения силы, а расстояние от оси вращения до линии, по которой действует сила (рис. 64).

Рис. 64

Если сила перпендикулярна рычагу, то разницы не будет, но при другом направлении силы плечо силы перестанет быть равным длине соответствующего конца рычага.

Можно взглянуть на ситуацию иначе – разложить силу на две составляющие: перпендикулярную рычагу и направленную вдоль рычага (рис. 65).

Рис. 65

В этом случае вращает рычаг только перпендикулярная составляющая, а продольная «растягивает» его. Если вы хорошо знакомы с тригонометрией, вы легко убедитесь, что оба способа (произведение плеча силы на величину силы и произведение длины конца рычага на величину перпендикулярной составляющей силы) дают один и тот же результат.