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事実上誰もが知っている レバー ですが、ほとんどの人は、どのくらいの範囲の 単純な機械 そのように修飾します。
大まかに言って、レバーとは、他の非電動装置では管理できないような方法で、ゆるいものを「こじ開ける」ために使用されるツールです。日常の言葉では、ある状況で独特の形の力を得ることに成功した人は「レバレッジ」を持っていると言われています。
レバーとその使用に関連する方程式の適用方法について学ぶことは、入門物理学が提供するより価値のあるプロセスの1つです。力とトルクについて少し説明し、直感に反するが重要な概念を導入します。 力の乗算、および次のようなコア概念にダイヤルインします 作業 そして掘り出し物のエネルギーの形態。
レバーの主な利点の1つは、レバーを簡単に「積み重ね」て、重要な 機械的利点。複合レバーの計算は、単純な機械の適切に設計された「チェーン」がどれほど強力でありながら謙虚であることを示すのに役立ちます。
ニュートン物理学の基礎
アイザック・ニュートン （1642–1726）、微積分学の数学的規律を共同発明したことに加えて、ガリレオ・ガリレイの仕事を拡大して、エネルギーと運動の形式的な関係を発展させました。具体的には、とりわけ次のことを提案しました。
オブジェクトは、質量に比例した方法で速度の変化に抵抗します（慣性の法則、ニュートンの第一法則）。
という数量 力 質量に作用して速度を変化させるプロセスと呼ばれる 加速度 (F = ma、ニュートンの第二法則）;
という数量 勢い、質量と速度の積は、閉じた物理システムで保存される（つまり、その総量が変わらない）という点で計算に非常に役立ちます。合計 エネルギー も保存されています。
これらの関係の多くの要素を組み合わせると、次の概念が得られます。 作業、 距離を掛けた力: W = Fx。このレンズを通してレバーの研究が始まります。
単純なマシンの概要
レバーは、 単純な機械、これにも含まれます ギア、プーリー、傾斜面、ウェッジ そして ネジ。 （「マシン」という単語自体は、「簡単にする」という意味のギリシャ語に由来しています。）
すべての単純なマシンは1つの特性を共有します。距離を犠牲にして力を増加させます（そして、追加された距離はしばしば巧妙に隠されます）。エネルギー保存の法則は、何のシステムも仕事を「創造」することはできないと断言していますが、それは、 W = Fx、Wの値が制約されている場合でも、方程式の他の2つの変数は制約されていません。
単純なマシンで関心のある変数は 機械的利点、これは出力力と入力力の比です。 MA = Fo/ F私. 多くの場合、この量は次のように表されます 理想的な機械的利点、またはIMAは、摩擦力がなければ機械が享受する機械的利点です。
レバーの基本
単純なレバーとは、ある種の堅固な棒であり、 支点 力がレバーに加えられた場合。支点は、レバーの長さに沿って任意の距離に配置できます。レバーが回転軸の周りに作用する力であるトルクの形の力を受けている場合、ロッドに作用する力（トルク）の合計がゼロであれば、レバーは移動しません。
トルクは、加えられた力と支点からの距離の積です。したがって、2つの力を受ける単一のレバーで構成されるシステム F1 そして F2 距離x1 およびx2 支点から平衡状態にあるとき F1バツ1 = F2バツ2.
他の有効な解釈の中で、この関係は、より短い距離で作用する強い力が、より長い距離で作用する弱い力によって、比例的に正確に相殺されることを意味します（摩擦によるエネルギー損失がないと仮定）。
物理学におけるトルクとモーメント
支点からレバーに力が加えられる点までの距離は、 レバーアーム、 または モーメントアーム。 （これらの方程式では、視覚的に簡単にするために「x」を使用して表されています。他のソースでは小文字の「l」を使用する場合があります。）
トルクはレバーに対して直角に作用する必要はありませんが、与えられた力に対して、直角（つまり、90°）が最大の力を生み出します。これは、単純に言えば90°= 1であるためです。
物体が平衡状態になるには、その物体に作用する力とトルクの合計が両方ともゼロでなければなりません。これは、すべての時計回りのトルクが反時計回りのトルクと正確に釣り合う必要があることを意味します。
レバーの用語と種類
通常、レバーに力を加えるという考えは、力とレバーアームの間で保証された双方向の妥協を「活用」することによって何かを動かすことです。あなたが反対しようとしている力はと呼ばれています 抵抗力、そしてあなた自身の入力力は 努力力。したがって、出力力は、オブジェクトが回転を開始した瞬間に抵抗力の値に達すると考えることができます（つまり、平衡条件が満たされなくなったとき）。
仕事、力、距離の関係のおかげで、MAは次のように表現できます。
MA = Fr/ Fe = de/ dr
ここで、De エフォートアームの移動距離（回転方向）とdr 抵抗レバーアームが移動する距離です。
レバーが入ります 3種類.
複合レバーの例
A 複合レバー は協調して作用する一連のレバーであり、1つのレバーの出力が次のレバーの入力となるため、最終的には非常に大きな力の増加が可能になります。
ピアノの鍵盤は、複合レバーを備えた機械を構築することから生じる素晴らしい結果の一例です。視覚化する簡単な例は、爪切りの典型的なセットです。これらを使用して、ネジのおかげで2つの金属片を引き寄せるハンドルに力を加えます。ハンドルはこのネジで金属の上部に結合され、1つの支点を作成し、2つの部分は反対側の端で2番目の支点で結合されます。
ハンドルに力を加えると、2つの鋭いクリッパーエンドよりもはるかに遠く（1インチ程度の場合）移動することに注意してください。適用する力はdのおかげで簡単に増加しますr とても小さい。
レバーアームの力の計算
50ニュートン（N）の力が、支点から4メートル（m）の距離で時計回りに加えられます。この荷重のバランスを取るために、支点の反対側に100 mの距離でどのような力を加える必要がありますか？
ここで、変数を割り当てて、単純な比率を設定します。 F1= 50 N、x1 = 4 mおよびx2 = 100 m
あなたはそのF1バツ1 = F2バツ2、だからx2 = F1バツ1/ F2 =（50 N）（4 m）/ 100m = 2 N
したがって、フットボール場の長さを離れてそれを達成するために喜んでいる限り、抵抗荷重を相殺するためにわずかな力が必要です！