Калькулятор рычага

Рычаг — это жёсткий стержень, вращающийся вокруг точки опоры. Он может увеличивать силу, увеличивать перемещение или изменять направление действия силы. У неподвижного идеального рычага моменты по часовой стрелке и против неё относительно опоры уравновешены. Момент силы равен произведению силы на перпендикулярное расстояние от опоры до линии её действия. Этот калькулятор использует равенство: усилие, умноженное на его плечо, равно силе нагрузки, умноженной на плечо нагрузки. Поэтому необходимое усилие равно нагрузке, умноженной на плечо нагрузки и делённой на плечо усилия. Если прикладывать усилие дальше от опоры, требуемая сила уменьшается. Например, нагрузка 400 ньютонов на расстоянии полуметра от опоры создаёт момент 200 ньютон-метров. На расстоянии двух метров достаточно приложить 100 ньютонов для такого же момента. Идеальный выигрыш в силе равен длине плеча усилия, делённой на длину плеча нагрузки; в этом примере он равен четырём. Три традиционных класса рычагов описывают взаимное положение усилия, нагрузки и опоры. У рычага первого класса, например качелей-балансира или лома, опора находится между усилием и нагрузкой. У рычага второго класса, например тачки, нагрузка расположена между опорой и усилием, и такая схема обычно даёт выигрыш в силе. У рычага третьего класса, например предплечья человека, усилие находится между опорой и нагрузкой: сила не увеличивается, зато возрастают скорость и размах движения. Идеальное уравнение не учитывает собственный вес рычага, изгиб, трение в опоре и деформацию соединённых деталей. Поэтому реальные механизмы требуют несколько большего усилия, чем предсказывает идеальный результат. КПД можно учесть, разделив идеальное усилие на КПД в десятичной форме. Для механизма с КПД 80 процентов рассчитанную силу нужно разделить на 0.8. Инженеры также должны проверять напряжения, устойчивость и коэффициенты запаса, а не опираться только на равновесие сил. Расстояния должны быть перпендикулярными плечами сил, а не обязательно полной физической длиной наклонных стержней. Если сила действует под углом, используйте кратчайшее перпендикулярное расстояние от опоры до линии её действия или умножьте силу и радиус на синус угла между ними. Калькулятор предполагает, что силы направлены перпендикулярно рычагу. Оба расстояния задавайте в одной единице; их отношение безразмерно. Если сила введена в ньютонах, усилие также получится в ньютонах. Это даёт понятную начальную оценку для инструментов, механизмов, задач статики и практических подъёмных устройств.