Maszyny proste. Wykorzystanie dźwigni dwustronnej

Od najdawniejszych czasów ludzie konstruowali urządzenia zwane maszynami, które ułatwiały im wykonywanie pracy. Maszyny mogą być bardzo skomplikowane (np. skrzynia biegów w samochodzie) lub proste (np. nożyczki do papieru). Do tzw. Maszyn prostych, które ułatwiają wykonywanie pracy przez zastąpienie jednej siły inną – o innej wartości, kierunku, zwrocie i punkcie przyłożenia lub o zmienionej przynajmniej jednej z tych cech siły, należy dźwignia dwustronna. Innymi przykładami maszyn prostych są: dźwignia jednostronna, kołowrót, klin (równia). Według słownika maszyny proste to ‘proste urządzenia zastępujące pracę siły na określonej drodze pracą innej siły (zwykle mniejszej) na zmienionej drodze (zwykle dłuższej)’.

Dźwignia dwustronna jest najczęściej stosowaną na co dzień maszyną prostą, używana jako „wzmacniacz siły”. Na jednym końcu dźwigni działamy siła o małej wartości, aby na jej drugim końcu otrzymać siłę o dużej wartości. Żeby samemu wykonać taką maszynę potrzebujemy na przykład dwie bateryjki ustawione w odległości ok. 4 cm od punktu podparcia dźwigni. Równoważą one jedną bateryjkę ustawioną w odległości dwa razy większej. Dźwignia dwustronna to zazwyczaj kawałek belki lub drążka. Do uruchomienia tej maszyny potrzebny jest jeszcze dodatkowy, wystający ponad podłoże, punkt podparcia i ciężar do podnoszenia (lub siłę do pokonania). Punkt podparcia jest jednocześnie punktem wokół którego obraca się dźwignia (osią obrotu). Najczęściej jednak dźwigni używa się w przypadku, gdy jedną z sił (najczęściej dużą siłę) chcemy "pokonać" za pomocą innej - mniejszej. Dlatego mówimy wtedy o dwóch odrębnych siłach:
- sile użytecznej (czyli tej która ostatecznie jest nam do czegoś potrzebna) - zazwyczaj jest to większa z sił.
- sile działania - jest to siła, którą musimy podziałać, by za pomocą dźwigni "zamienić ją" na siłę użyteczną.

Dźwignia dwustronna ma oś obrotu położoną pomiędzy siłą działania, a siłą użyteczną. Taki układ powoduje, że obie wymienione siły mają przeciwne zwroty. Na rysunku pokazany jest przykład gdy działając w dół siłą mniejszą od ciężaru obciążnika, można ten ciężar zrównoważyć i w efekcie podnieść ciało do góry.

Dźwignia dwustronna posiada dwa ramiona, które nazywają się:
- ramię siły użytecznej
- ramię siły działania

Zysk na sile, jaki osiągniemy stosując dźwignię (przekładnia dźwigni) dany jest wzorem:
zysk na siłe = długość ramienia siły działania / długośc ramienia siły użytecznej

Głównymi zaletami ze stosowania dźwigni dwustronnej przy podnoszeniu ciężarów (w porównaniu do dźwigni jednostronnej) są:
- fakt, że siłą działa się z góry, a przecież w wielu sytuacjach łatwiej jest się oprzeć na drążku niż go podnosić. 
- ciężar drążka stanowi tu mniejsze dodatkowe obciążenie, ponieważ ciężar obu ramion nawzajem się równoważy

Przykład zastosowania dźwigni dwustronnej - za pomocą siły 50 N można podnieść ciężar 100 N.

Analizując ten przykład, stwierdzamy, że dźwignia dwustronna jest w równowadze, gdy iloczyn długości lewego ramienia r1 i wartości ciężaru zawieszonych na nim odważników F1 jest równy iloczynowi długości prawego ramienia r2 i wartości ciężaru zawieszonych na nim odważników F2, czyli:

F1 * r1 = F2 * r2

Jest to warunek równowagi dźwigni dwustronnej.

Patrz załącznik