मानवता ने लंबे समय से शारीरिक श्रम को आसान और सरल बनाने के लिए सरल मशीनों और तंत्रों का उपयोग किया है। इन तंत्रों में से एक लीवर है। भौतिकी में लीवर क्या है, कौन सा सूत्र इसके संतुलन का वर्णन करता है, और लीवर किस प्रकार के होते हैं - इन सभी प्रश्नों का खुलासा लेख में किया गया है।
अवधारणा
भौतिकी में लीवर एक तंत्र है जिसमें एक बीम या बोर्ड और एक समर्थन होता है। समर्थन आम तौर पर बीम को दो असमान भागों में विभाजित करता है, जिन्हें लीवर आर्म्स कहा जाता है। उत्तरार्द्ध आधार के चारों ओर एक घूर्णी गति कर सकता है।
एक सरल तंत्र होने के कारण, लीवर को शक्ति या पारगमन में लाभ के साथ शारीरिक कार्य करने के लिए डिज़ाइन किया गया है। इसके संचालन के दौरान लागू बल लीवर की भुजाओं पर कार्य करते हैं। उनमें से एक प्रतिरोध की शक्ति है। यह उस भार के भार से निर्मित होता है जिसे ले जाने (उठाने) की आवश्यकता होती है। दूसरा बल कुछ बाहरी बल है, जो ज्यादातर मामलों में मानव हाथों की मदद से लीवर आर्म पर लगाया जाता है।
उपरोक्त तस्वीर में एक विशिष्ट लीवर दिखाया गया हैदो कंधे। बाद में लेख में यह समझाया जाएगा कि यह दूसरे प्रकार के उत्तोलन को क्यों संदर्भित करता है।
लीवर नियम इस तरह दिखता है:
फोर्सफोर्स आर्म=लोडलोड आर्म
बल का क्षण
आइए भौतिकी में लीवर के विषय से कुछ विषयांतर करें और इसके संचालन को समझने के लिए एक महत्वपूर्ण भौतिक मात्रा पर विचार करें। यह बल के क्षण के बारे में है। यह बल का गुणनफल है और इसके अनुप्रयोग की भुजा की लंबाई, जिसे गणितीय रूप से इस प्रकार लिखा जाता है:
एम=एफडी
यह महत्वपूर्ण है कि भ्रमित न हों, बल की भुजा d और लीवर की भुजा, सामान्य तौर पर, ये अलग-अलग अवधारणाएँ हैं।
बल का क्षण उत्तरार्द्ध की प्रणाली में एक मोड़ बनाने की क्षमता को दर्शाता है। इसलिए, बहुत से लोग जानते हैं कि दरवाज़े को टिका के पास धकेलने की तुलना में दरवाज़े के हैंडल से खोलना कहीं अधिक आसान है, या बोल्ट के नट को छोटे वाले की तुलना में लंबी रिंच से खोलना आसान है।
बल का आघूर्ण एक सदिश है। भौतिकी में एक सरल लीवर तंत्र के संचालन को समझने के लिए, यह जानना पर्याप्त है कि यदि बल लीवर आर्म को वामावर्त घुमाता है तो उस क्षण को सकारात्मक माना जाता है। यदि यह दक्षिणावर्त दिशा की दिशा में एक मोड़ बनाता है, तो क्षण को ऋण चिह्न के साथ लिया जाना चाहिए।
भौतिकी में लीवर संतुलन
यह समझना आसान बनाने के लिए कि लीवर किस स्थिति में संतुलन में होगा, निम्न आकृति पर विचार करें।
दो बल यहां दिखाए गए हैं: एक भार R और एक बाहरी बल F इस पर काबू पाने के लिए लगाया गयाभार। इन बलों की भुजाएँ क्रमशः dR और dF के बराबर होती हैं। वास्तव में, एक और बल है - समर्थन की प्रतिक्रिया, जो बीम और लीवर के समर्थन के बीच संपर्क के बिंदु पर लंबवत रूप से ऊपर की ओर कार्य करती है। चूँकि इस बल का कंधा शून्य के बराबर है, संतुलन की स्थिति का निर्धारण करते समय इसे आगे नहीं माना जाएगा।
सांख्यिकी के अनुसार यदि बाह्य बलों के आघूर्णों का योग शून्य हो तो निकाय का घूर्णन असंभव है। आइए इन लम्हों का योग उनके चिन्ह को ध्यान में रखते हुए लिखते हैं:
आरडीआर- एफडीएफ=0.
लिखित समानता लीवर के लिए पर्याप्त संतुलन की स्थिति को दर्शाती है। यदि लीवर पर दो बल नहीं, बल्कि अधिक कार्य करते हैं, तो यह स्थिति बनी रहेगी। केवल दो क्षणों की शक्तियों के योग के बजाय, अभिनय बलों के सभी क्षणों का योग ज्ञात करना और उन्हें शून्य के बराबर करना आवश्यक होगा।
जीत मजबूत है और रास्ते में
भौतिकी में उत्तोलक बलों के आघूर्णों के लिए व्यंजक, जो पिछले पैराग्राफ में लिखा गया था, निम्नलिखित रूप में फिर से लिखा जाएगा:
आरडीआर=एफडीएफ
उपरोक्त सूत्र से इस प्रकार है:
डीआर / डीएफ=एफ / आर.
यह समानता कहती है कि संतुलन बनाए रखने के लिए यह आवश्यक है कि बल F भार R के भार से कई गुना अधिक हो, इसकी भुजा dF से कितनी गुना अधिक हो बांह से कम d R। चूंकि लीवर को हिलाने की प्रक्रिया में बड़ी भुजा छोटी भुजा की तुलना में लंबे पथ की यात्रा करती है, हमें लीवर का उपयोग करके एक ही कार्य को दो तरीकों से करने का अवसर मिलता है:
- अधिक बल F लगाएं और कंधे को आगे की ओर ले जाएंकम दूरी;
- थोड़ा सा बल F लगाएं और कंधे को लंबी दूरी तक ले जाएं।
पहले मामले में, एक लोड आर को स्थानांतरित करने की प्रक्रिया में रास्ते में लाभ की बात करता है, दूसरे मामले में, एफ < आर के बाद से, एक ताकत में लाभ प्राप्त करता है।
उत्तोलन का उपयोग कहाँ किया जाता है और वे क्या हैं?
भौतिकी में लीवर बलों के आवेदन के बिंदु और समर्थन की स्थिति के आधार पर, सबसे सरल तंत्र तीन प्रकार का हो सकता है:
- यह टू-आर्म लीवर है, जिसमें बीम के दोनों सिरों से सपोर्ट पोजीशन को समान रूप से हटा दिया जाता है। बाहों की लंबाई के अनुपात के आधार पर, इस प्रकार का लीवर आपको रास्ते और ताकत दोनों में जीतने की अनुमति देता है। इसके उपयोग के उदाहरणों में तराजू, सरौता, कैंची, एक कील खींचने वाला, एक बच्चा झूला शामिल है।
- दूसरी तरह का लीवर सिंगल-आर्म होता है, यानी सहारा इसके एक सिरे के पास स्थित होता है। इस मामले में, बीम के दूसरे छोर पर बाहरी बल लगाया जाता है, और भार बल समर्थन और बाहरी बल के बीच कार्य करता है, जो आपको इसी बल में जीतने की अनुमति देता है। इस तरह के उत्तोलन के प्रमुख उदाहरण एक व्हीलब्रो या नटक्रैकर हैं।
- तीसरे प्रकार के तंत्र को मछली पकड़ने वाली छड़ी या चिमटी जैसे उदाहरणों द्वारा दर्शाया जाता है। यह लीवर भी सिंगल-आर्म है, लेकिन बाहरी लागू बल पहले से ही लोड के आवेदन के बिंदु की तुलना में समर्थन के करीब है। एक सरल तंत्र का यह डिज़ाइन आपको सड़क पर जीतने की अनुमति देता है, लेकिन ताकत में हार जाता है। इसीलिए मछली पकड़ने वाली छड़ी या चिमटी से किसी भारी वस्तु के अंत में वजन पर छोटी मछली को पकड़ना मुश्किल होता है।
पुनरावृत्ति करने के लिए, भौतिकी में एक लीवर केवल अनुमति देता हैमाल ले जाने का यह या वह कार्य करना सुविधाजनक बनाता है, लेकिन इस कार्य में आपको विजयी नहीं होने देता।
