Cum ridici ceva foarte greu cu puțină forță?
Un copil poate ține în echilibru un adult pe un balansoar. Nu e magie și nu e forță de supererou. E o bară, un punct de sprijin și o regulă simplă.
Pârghia: o bară și un punct de sprijin
O pârghie e o bară care se poate roti în jurul unui punct, numit punct de sprijin. Balansoarul din parc e o pârghie. Regula lui: contează nu doar cât de greu apasă cineva, ci și cât de departe stă de sprijin.
Un copil de 30 de kilograme, așezat de patru ori mai departe de sprijin decât un adult de 120 de kilograme, îl ține în echilibru. Greutatea înmulțită cu distanța iese la fel pe ambele părți.
Fizicienii numesc produsul dintre forță și distanța până la punctul de sprijin moment al forței. Pârghia stă în echilibru când momentele de pe cele două părți sunt egale: 30 × 4 = 120 × 1.
Prețul se plătește în drum. Ca adultul să urce 10 centimetri, capătul copilului trebuie să coboare 40. Câștigi forță și pierzi distanță în aceeași măsură, așa că lucrul mecanic, adică forța înmulțită cu drumul, rămâne același. Nicio mașină nu ți-l dă gratis.
Pârghii pe care le folosești zilnic
Ușa se deschide ușor dacă împingi lângă clanță, departe de balamale. Împinge lângă balamale și o să simți cât e de greu. Clanța e pusă acolo dinadins.
Foarfeca e făcută din două pârghii prinse într-un șurub. Cartonul gros se taie mai ușor aproape de șurub, unde forța mâinii ajunge mai mare. La fel lucrează cleștele și desfăcătorul de capace.
Brațul tău e o pârghie care face invers. Cotul e punctul de sprijin, iar bicepsul trage foarte aproape de el, la doar câțiva centimetri. Mușchiul trebuie să tragă mult mai tare decât greutatea din palmă.
În schimb, o mișcare mică a mușchiului devine o mișcare mare și rapidă a mâinii. Corpul alege viteza în locul forței: așa poți arunca o minge departe.
Scripeții: împarte greutatea pe mai multe frânghii
Un scripete e o roată cu o frânghie trecută peste ea. Unul singur, prins sus, doar schimbă direcția: tragi în jos ca obiectul să urce. E mai comod, dar nu mai ușor.
Dacă legi mai mulți scripeți, greutatea se împarte pe mai multe bucăți de frânghie. Cu patru bucăți care țin sarcina, tragi cu cam un sfert din forță. Dar tragi de patru ori mai multă frânghie.
„Cam un sfert” pentru că frânghia se freacă de roți, iar scripeții au și ei greutate. În manual iese exact un sfert. Pe șantier, ceva mai mult.
Istoricul grec Plutarh povestește că Arhimede, în Siracuza, a tras singur pe uscat o corabie încărcată, folosind un sistem de scripeți. Plutarh a scris la aproape trei sute de ani după Arhimede, deci detaliile pot fi înfrumusețate. Ideea fizică e însă corectă, iar macaralele de azi o folosesc la fel.
Fapt sau legendă?
„Cu o pârghie destul de lungă poți ridica orice greutate, fără să muncești mai mult.”
„Bicepsul tău trage cu o forță mult mai mare decât greutatea ghiozdanului ridicat în palmă.”
„Un singur scripete prins sus te face să ridici găleata cu jumătate din efort.”
Experiment: balanța din riglă
Nu se știe încă
Blocurile Marii Piramide din Egipt cântăresc de obicei peste două tone, iar unele mult mai mult. Egiptenii aveau pârghii, rampe, sănii și frânghii, dar nu știm sigur cum le-au combinat. Unii cercetători cred în rampe drepte, alții în rampe care se învârt în jurul piramidei sau chiar în interiorul ei. Discuția e încă deschisă.
Testul lui Kokodel
- Hewitt P. G. Conceptual Physics. Pearson.
- Halliday D., Resnick R., Walker J. Fundamentals of Physics. Wiley.
- Plutarh. Viețile paralele: Marcellus.
- Encyclopaedia Britannica. Lever; Pulley.