Μοχλός

Στη φυσική, μοχλός είναι ένα άκαμπτο αντικείμενο που σε συνδυασμό με ένα υπομόχλιο μπορεί να πολλαπλασιάσει τη μηχανική δύναμη που ασκείται σε ένα άλλο αντικείμενο. Η μόχλευση αυτή, που λέγεται επίσης και μηχανικό πλεονέκτημα, είναι ένα παράδειγμα εφαρμογής του θεωρήματος των ροπών που είναι αλλιώς γνωστό και ως "Θεώρημα Varignon". Ο μοχλός είναι μια από τις έξι απλές μηχανές.

 Η αρχή που διέπει τη λειτουργία των μοχλών μπορεί να εξαχθεί με τη χρήση των νόμων κίνησης του Νεύτωνα και της στατικής. Το μηχανικό έργο που εκτελείται δίνεται από το γινόμενο της δύναμης επί την απόσταση. Για παράδειγμα, για να μπορέσουμε με τη χρήση μοχλού να σηκώσουμε ένα συγκεκριμένο βάρος χρησιμοποιώντας δύναμη όσο το μισό βάρος, η απόσταση από το υπομόχλιο έως το σημείο που ασκείται η δύναμη πρέπει να είναι η διπλάσια της απόστασης ανάμεσα στο υπομόχλιο και το βάρος. Δηλαδή, για να χρησιμοποιήσουμε τη μισή δύναμη από ένα βάρος που βρίσκεται σε απόσταση ενός μέτρου από το υπομόχλιο, θα έπρεπε να ασκήσουμε τη δύναμη αυτή σε απόσταση δύο μέτρων από την άλλη πλευρά του υπομόχλιου. Το έργο που εκτελείται είναι πάντοτε το ίδιο, ανεξάρτητο από τις διαστάσεις του μοχλού (για ιδανικό μοχλό, όπου όλη η δύναμη που ασκείται "περνάει" στο σώμα που βρίσκεται στην άλλη άκρη). Με άλλα λόγια, ο μοχλός μας επιτρέπει να ανταλλάξουμε δύναμη με απόσταση. Ο Αρχιμήδης ήταν ο πρώτος που εξήγησε το νόμο των μοχλών, διατυπώνοντάς τον ως εξής: "(ίσα) βάρη σε ίσες αποστάσεις βρίσκονται σε ισορροπία, και ίσα βάρη σε άνισες αποστάσεις δεν βρίσκονται σε ισορροπία, αλλά κλίνουν προς το βάρος που βρίσκεται στη μεγαλύτερη απόσταση." Διάσημη είναι και η φράση του: "Πα βω και χαριστιωνι ταν γαν κινησω πασαν;" ("Που να σταθώ και με ένα μοχλό να κινήσω τον κόσμο ολόκληρο;") Το σημείο όπου ασκείται η δύναμη λέγεται σημείο εφαρμογής. Το σώμα που δέχεται την επίδραση της δύναμης λέγεται φορτίο. Έτσι ο νόμος των μοχλών διατυπώνεται ως εξής: Απόσταση φορτίου από το υπομόχλιο X δύναμη φορτίου = απόσταση εφαρμογής δύναμης X εφαρμοζόμενη δύναμη. Αν, για παράδειγμα, ένα πούπουλο βάρους ενός γραμμαρίου έπρεπε να εξισορροπήσει με μια πέτρα του ενός κιλού, το πούπουλο θα έπρεπε να βρίσκεται σε χίλιες φορές μεγαλύτερη απόσταση από το υπομόχλιο από ότι η πέτρα. Αν η πέτρα έπρεπε να ισορροπεί με μια άλλη πέτρα ίδιου βάρους, οι δυο πέτρες θα ήταν σε ίσες αποστάσεις από το υπομόχλιο. Υπάρχουν τρεις τύποι μοχλών που αντιπροσωπεύουν τις διάφορες θέσεις που μπορεί να βρίσκεται το υπομόχλιο, το φορτίο και το σημείο εφαρμογής της δύναμης. Σε έναν μοχλό πρώτου τύπου το υπομόχλιο βρίσκεται ανάμεσα στο σημείο εφαρμογής της δύναμης και το φορτίο. Κατά τη λειτουργία, μια δύναμη ασκείται σε ένα τμήμα της ράβδου, με αποτέλεσμα ο μοχλός να περιστραφεί γύρω από το υπομόχλιο, υπερνικώντας την αντίσταση του φορτίου που βρίσκεται στην άλλη πλευρά. Το υπομόχλιο μπορεί να βρίσκεται στο κέντρο του μοχλού, όπως σε μια τραμπάλα, ή σε οποιοδήποτε σημείο ανάμεσα. Υποστηρίζει το βραχίονα και το φορτίο. Παραδείγματα: Η τραμπάλα Ο τρικέφαλος βραχιόνιος μυς (δρώντας πάνω στον πήχυ). Ο μοχλός για τα φρένα του ποδηλάτου Η βαλλίστρα Ο λοστός (στο κυρτό του μέρος) Το σκεπάρνι, στο τμήμα που βγάζει τα καρφιά Το καροτσάκι μεταφοράς δεμάτων Η πένσα (διπλός μοχλός) Το ψαλίδι (διπλός μοχλός) Το κουτάλι παπουτσιών Το μαγγάνι Σε ένα μοχλό δεύτερου τύπου το σημείο εφαρμογής της δύναμης βρίσκεται στο ένα άκρο του βραχίονα και το υπομόχλιο στο άλλο άκρο, ενώ το φορτίο βρίσκεται κάπου στη μέση. Παραδείγματα: Ο καρυοθραύστης Το κουπί ενός κανό Ο χαλινός ενός αλόγου Το καροτσάκι μεταφοράς χώματος Το γερμανικό κλειδί Το ανοιχτήρι για μπουκάλια με καπάκι Η σανίδα καταδύσεων Ο λοστός (στο ευθύ του μέρος) Οι κάμψεις με τα χέρια Το πόμολο σε μια πόρτα Σε αυτό τον τύπο η δύναμη που ασκείται είναι μεγαλύτερη από το φορτίο, αντίθετα με τους μοχλούς πρώτου και δεύτερου τύπου. Όμως, η μετατόπιση του σημείου εφαρμογής είναι μικρότερη από τη μετατόπιση του φορτίου. Από τη στιγμή που αυτές οι κινήσεις γίνονται ακριβώς στον ίδιο χρόνο, το φορτίο μετακινείται ταχύτερα από το σημείο εφαρμογής. Έτσι, ο μοχλός τρίτου τύπου χρησιμεύει για ανάλογες εργασίες. Σε αυτούς τους μοχλούς η δύναμη ασκείται ανάμεσα στο φορτίο και το υπομόχλιο. Παραδείγματα: Το ρόπαλο του μπέιζμπολ Ο δικέφαλος βραχιόνιος μυς Το κουπί της βάρκας Οι αυτόματες πύλες Το καλάμι ψαρέματος Το μπαστούνι του χόκεϊ Η κάτω σιαγόνα Η φάκα για τα ποντίκια Ο νυχοκόπτης (το σώμα, όχι ο μοχλός για τον αντίχειρα) Το τσιμπιδάκι Το σφυρί Μηχανολογία Χαριστίων, ο μοχλός του Αρχιμήδη Τροχαλία Μοχλός στην εγκυκλοπαίδεια μηχανολογίας Diracdelta (Αγγλικά) Μοχλός από το Κέντρο Διάδοσης Επιστημών. Διαδραστική εφαρμογή μελέτης μοχλού πρώτου τύπου