Откуда берется формула и почему важен перпендикуляр
Разложим силу F на две части, как скорость в теме 1.2. Одна часть F · cos α направлена вдоль рычага: она тянет ключ от гайки или давит на нее, но повернуть не может, ведь ее линия проходит прямо через ось. Другая часть F · sin α направлена поперек рычага, и только она крутит. Ее плечо равно всей длине r, поэтому M = F · sin α · r.
Ту же формулу можно прочитать иначе. Опустим из оси перпендикуляр на линию действия силы. Получится прямоугольный треугольник с гипотенузой r и углом α, его катет d = r · sin α. Тогда M = F · d. Оба способа дают одно и то же число, выбирай удобный.
Правило равновесия следует из работы. Повернем рычаг на малый угол φ. Конец длинного плеча пройдет путь d₁ · φ, короткого d₂ · φ. Рычаг не создает энергию, поэтому работы равны: F₁ · d₁ · φ = F₂ · d₂ · φ, отсюда F₁ · d₁ = F₂ · d₂. Во сколько раз выигрываешь в силе, во столько же раз проигрываешь в расстоянии. Это и есть «золотое правило механики».