Рычаг
Это понятие впервые встречается на программе «Проектная инженерная база» — примерно 9-10 лет (3-4 класс).
Твёрдая палка на опоре, которая помогает поднимать тяжёлое: давишь на длинный конец — короткий толкает груз с большей силой.
Качели во дворе: лёгкий перевесит тяжёлого, если сядет дальше от середины.
Приподнять стопку книг линейкой, лежащей на карандаше-опоре: сначала давить у самой опоры, потом на дальний конец; сказать, когда легче.
Стержень, который может поворачиваться вокруг точки опоры. Правило рычага: сила × плечо с одной стороны равна силе × плечу с другой; плечо — расстояние от опоры до места приложения силы. Плечо втрое длиннее — сила нужна втрое меньше, но двигать конец придётся втрое дальше.
Найти рычаги в кусачках, ножницах и пинцете; показать у каждого опору и плечи и объяснить, где выигрыш в силе, а где — в точности движения.
В равновесии сумма моментов сил относительно опоры равна нулю; момент M = F·l. Три рода рычагов по взаимному положению опоры, силы и груза: лом и ножницы, тачка, пинцет. Выигрыш в силе всегда компенсируется проигрышем в перемещении — в работе рычаг не выигрывает («золотое правило» механики).
Рассчитать силу, которой лом длиной 1 м с опорой в 10 см от груза поднимет 45 кг, и проверить расчёт на модели рычага с грузами.
Частое заблуждение
«Рычаг даёт выигрыш из ниоткуда». Нет: выиграл в силе — проиграл в расстоянии: длинный конец приходится двигать дальше, а работа остаётся той же.