てこの原理計算機
「私に支点を与えよ、さらば地球をも動かさん」 — アルキメデスの原理をシミュレート。
てこの原理:小さな力で大きな仕事を
「てこ(Lever)」は、最も古く、最も基本的な単純機械の一つです。古代ギリシャの科学者アルキメデスが体系化したこの原理は、現代の建設機械からハサミ、爪切り、そして私たちの体の関節に至るまで、あらゆる場所で応用されています。
基本公式:モーメントのつり合い
てこが平衡状態にあるとき、支点(Fulcrum)を中心に回転しようとする力(トルクまたはモーメント)の総和はゼロになります。これを式で表すと以下のようになります。
$$ F_1 \times L_1 = F_2 \times L_2 $$
- $F_1$ (Effort): 加える力(力点に働く力)
- $L_1$: 支点から力点までの距離
- $F_2$ (Load): 動かしたい物体の重さ(作用点に働く力)
- $L_2$: 支点から作用点までの距離
距離が長ければ長いほど、必要な力は小さくなります。これが「てこの機械的倍率(Mechanical Advantage)」です。
3種類のてこ
第1種てこ (Class 1)
支点が真ん中にあるタイプ。
例:シーソー、ハサミ、ペンチ、釘抜き。
力点と作用点が支点を挟んで反対側にあります。バランスを取るのにも、力を増幅するのにも使われます。
第2種てこ (Class 2)
作用点が真ん中にあるタイプ。
例:一輪車(ネコ車)、栓抜き、くるみ割り器。
必ず力が大きくなります(倍率 > 1)。重いものを持ち上げるのに適しています。
第3種てこ (Class 3)
力点が真ん中にあるタイプ。
例:ピンセット、和箸、トング、釣り竿、人間の腕(肘関節)。
力はむしろ多く必要になりますが(倍率 < 1)、大きく素早く動かすことができます。繊細な作業やスピードが必要な場合に有利です。