Рассмотрим такой простой механизм, как, например, лопата. Конечно, она облегчает выполнение работы, с ней намного легче копать землю, чем руками. Мы воткнули лопату в землю. Чтобы поднять ком земли, нужно надавить на черенок. Где вы будете давить, чтобы было легче? Опыт подсказывает, что надо надавить, то есть приложить силу, поближе к концу черенка.
Выбор точки приложения силы
Попробуйте приложить силу ближе к полотну лопаты, поднять ком земли станет намного тяжелее. Прикладывая прежнюю силу, вы уже ничего не поднимете. Именно поэтому лопаты с коротким черенком, например саперные, делаются с маленьким полотном: много земли с коротким черенком все равно не поднимешь.
Лопата представляет собой рычаг. Рычаг – это твердое тело, имеющее неподвижную ось вращения (чаще всего это точка опоры или подвеса). На него действуют силы, ко 
торые стремятся повернуть его вокруг оси вращения. У лопаты ось вращения – это точка опоры на верхнем краю ямки.
Ось вращения лопаты
На полотно лопаты с некоторой силой действует комок земли, который мы поднимаем, а на черенок, с меньшей силой, – наши руки.
Действие сил
Общие сведения.
Груз перемещается поворотом рычага, происходящего под действием силы (тянущей или толкающей).С помощью рычага груз можно поднять с меньшим усилием, чем его вес, если поместить груз ближе к оси вращения, чем место приложения силы. Рычаги используются для:
· приложения силы на расстоянии от груза
· изменения направления действия силы
· увеличения действующей на груз силы. Существует версия, что при строительстве знаменитых египетских пирамид, блоки весом до 2,5 тонн поднимались с помощью двух рычагов
· увеличения расстояния, на который перемещается груз. Колодезный журавль используется для подъема воды из колодца
Архимед первым в III веке дон. сформулировал закон равновесия рычага, который подтверждает золотое правило механики «то, что мы выигрываем в силе, мы проигрываем в расстоянии». По легенде, осознав значение своего открытия, Архимед воскликнул: «Дайте мне точку опоры, и я переверну Землю!»
Гравюра из «Журнала механики», изданного в Лондоне в 1842 году, изображающая Архимеда, переворачивающего Землю с помощью рычага.
Интересный факт.
Рычаг не только используется человеком, но и тело человека само состоит из рычагов.
Рычагом является и наша рука. Мышцы руки сокращаются, и рука сгибается в локте. При этом она может поднять какой-нибудь груз, совершить работу. При этом на кости предплечья действуют с некоторыми силами мышцы и груз.
Наша рука – рычаг
Ось вращения предплечья – локтевой сустав. Из таких рычагов состоит весь наш опорно-двигательный аппарат. И сам термин «плечо рычага» назван так по аналогии с плечом одного из рычагов в нашем теле – руки.
Мышцы так устроены, что они при сокращении не могут укорачиваться на те полметра, на которые нам нужно поднять, например, чашку с чаем. Нужно выиграть в перемещении, поэтому мышцы крепятся ближе к суставу, к меньшему плечу рычага. При этом нужно приложить бόльшую силу, но для мышц это не проблема.
Изучением устройства и функционирования органов движения человека занимается биомеханика.
Существуют три основных варианта расположения оси вращения, груза и точки приложения силы.
(Желтые детали обозначают место, куда надо прикладывать силу(держать, толкать, поднимать)при изучении принципиальных моделей. Чтобы принципиальные модели работали должным образом, их надо держать в правильном положении.)
Рычаг первого рода (рычаг равновесия) ось вращения расположена между точкой приложения силы и грузом –такие рычаги могут использоваться и для получения выигрыша в силе и для получения выигрыша в расстоянии.
Примеры: соединение позвоночника с черепом, качели, ножницы, подъёмный кран, лом.
В рычагах второго рода (рычаг силы) груз расположен между точкой приложения силы и осью вращения–такие рычаги обычно используются, чтобы получить выигрыш в силе.
Примеры: стопа, тачка, щипцы для колки орехов.
В рычагах третьего рода (рычаг скорости) точка приложения силы расположена между осью вращения и грузом –такие рычаги обычно используются, чтобы получить выигрыш в расстоянии.
Примеры: локтевые и коленные суставы, нижняя челюсть, пинцет.
Очень часто в механизмах встречается не один рычаг, а система рычагов, когда выходное усилие одного является плечом приложения силы другого.
Название детали: балка.
Балка, прикрепленная к вращающейся части, станет поршнем. Поршень—это подвижный компонент машины, преобразующий энергию, создаваемую двигателем, в движение вверх/вниз или вперед/назад. Поршень может тянуть, толкать или приводить в движение другие механические элементы машины.
Задание
Соберите модель рычага (любого рода): качели, катапульта колодезный журавль и т.д.