Tartalom
- A newtoni fizika alapjai
- Az egyszerű gépek áttekintése
- Kar alapjai
- Nyomaték és pillanatok a fizikában
- Terminológia és a karok típusai
- Példák vegyes karra
- Emelőkar kiszámítása
Gyakorlatilag mindenki tudja, mi a fogantyú , bár a legtöbb ember meglepő lehet, hogy megtanulja, milyen széles egyszerű gépek minősüljen ilyennek.
Lazán szólva: a kar olyan eszköz, amelyet valami meglazításra használnak úgy, hogy egyetlen nem motorizált készülék sem képes kezelni; a mindennapi nyelvben azt mondják, hogy valaki, aki egy helyzet egyedülálló hatalmát szerezte meg valamely helyzet felett, „tőkeáttételt” használ.
A karok megismerése és azok használatához szükséges egyenletek alkalmazása az egyik leghasznosabb folyamat, amelyet a bevezető fizika kínál. Egy kicsit foglalkozik az erővel és a nyomatékkal, bemutatja az ellen intuitív, de kritikus koncepciót erők megsokszorozása, és tárcsázza Önt olyan alapvető fogalmakhoz, mint például munka és az energia formái az alkuban.
A karok egyik fő előnye, hogy könnyen "egymásra rakhatók" oly módon, hogy jelentősek legyenek mechanikai előny. Az összetett kar számításai megmutatják, hogy mennyire hatalmas, de szerény lehet az egyszerű gépek jól megtervezett „lánca”.
A newtoni fizika alapjai
Isaac Newton (1642–1726) amellett, hogy jóváhagyta a kalkulus matematikai tudományágának feltalálását, Galileo Galilei munkáján keresztül kiterjesztették az energia és a mozgás közötti hivatalos kapcsolatokat. Konkrétan, többek között azt javasolta, hogy:
A tárgyak a sebességüknek a tömegükkel arányos változásaival szemben ellenállnak (tehetetlenségi törvény, Newtoni első törvény);
Hívott mennyiség Kényszerítés hat a tömegekre, hogy megváltoztassa a sebességet gyorsulás (F = ma, Newtoni második törvény);
Hívott mennyiség lendületA tömeg és a sebesség szorzata nagyon hasznos a számításokban, abban az értelemben, hogy konzervált (azaz teljes mennyisége nem változik) zárt fizikai rendszerekben. Teljes energia szintén konzervált.
E kapcsolatok számos elemének kombinálásával a munka, ami az erő megsokszorozva egy távolságon keresztül: W = Fx. Ezen a lencsén keresztül kezdődik a karok vizsgálata.
Az egyszerű gépek áttekintése
A karok az úgynevezett eszközosztályba tartoznak egyszerű gépek, amely magában foglalja a fogaskerekek, szíjtárcsák, ferde síkok, ékek és csavarok. (Maga a "gép" szó egy görög szóból származik, amely azt jelenti, hogy "segítsen könnyebben".)
Az összes egyszerű gépnek van egy tulajdonsága: Szorozzuk meg az erőt a távolság rovására (és a hozzáadott távolságot gyakran okosan rejtik el). Az energiamegtakarításról szóló törvény megerősíti, hogy egyetlen rendszer sem semmiből nem hozhat létre munkát, hanem azért, mert W = Fx, még akkor is, ha W értéke korlátozott, az egyenlet másik két változója nem.
Egy egyszerű gép érdeklődésének változója az mechanikai előny, amely csak a kimeneti erő és a bemeneti erő aránya: MA = Fo/ Fén. Ezt a mennyiséget gyakran kifejezik ideális mechanikai előnyvagy IMA, amely a gép mechanikai előnye, ha a súrlódó erők nem lennének jelen.
Kar alapjai
Az egyszerű kar egyfajta szilárd rudazat, amely szabadon foroghat egy rögzített pont körül, az úgynevezett a támaszpont ha erők hatnak a karra. A lengőtest a kar teljes hossza mentén bármilyen távolságban elhelyezhető. Ha a kar nyomaték formájában erõket érez, amelyek forgástengely körül hatnak, akkor a kar nem mozog, ha a rúdra ható erõk (nyomatékok) összege nulla.
A nyomaték az alkalmazott erő szorzata, plusz a támasztól a távolságtól. Így egy rendszerből áll, amely két erőnek felel meg F1 és F2 x távolságra1 és x2 a fullarumból egyensúlyban van, ha F1x1 = F2x2.
Egyéb érvényes értelmezések között ez a kapcsolat azt jelenti, hogy egy rövid távolságon működő erős erőt pontosan ellensúlyozhatunk (feltételezve, hogy a súrlódás miatt nem vesznek igénybe energiát) egy nagyobb távolságon, és arányosan egy gyengébb erővel.
Nyomaték és pillanatok a fizikában
A távolság a lengőtesttől attól a ponttól, amelyen egy erő kifejtik egy karot, a emelőkar, vagy pillanat kar. (Ezekben az egyenletekben az "x" kifejezéssel fejezték ki a vizuális egyszerűség kedvéért; más források használhatnak kisbetűs "l" -t)
A nyomatékoknak nem kell a karokhoz derékszögben működniük, bár egy adott alkalmazott erőnél egy derékszög (vagyis 90 °) hozza létre a maximális erőmennyiséget, mivel egyszerűen az anyag kissé csökkentése esetén a sin 90 ° = 1.
Ahhoz, hogy egy tárgy egyensúlyban legyen, az erre a tárgyra ható erők és nyomatékoknak egyaránt nullának kell lenniük. Ez azt jelenti, hogy az óramutató járásával megegyező irányban kell nyomatékot pontosan kiegyenlíteni az óramutató járásával megegyező irányban.
Terminológia és a karok típusai
Általában az erő egy karra történő alkalmazásának célja valami mozgatása az erő és a kar közötti garantált kétirányú kompromisszum "kiaknázásával". Az erő, amelyre megpróbálsz ellenállni, az a ellenállás erő, és a saját bemeneti erőt a erőfeszítés. Ezért úgy gondolhatja, hogy a kimeneti erő elérheti az ellenállás erő értékét abban a pillanatban, amikor a tárgy forog (azaz amikor az egyensúlyi feltételek már nem teljesülnek.
A munka, az erő és a távolság közötti kapcsolatoknak köszönhetően az MA kifejezhető
MA = Fr/ Fe = de/ dr
Ahol De az a távolság, amelyet az erőfeszítő kar elmozdul (forgatási szempontból) és dr a távolság, ameddig az ellenállás kar mozog.
Karok jönnek be három típus.
Példák vegyes karra
A összetett kar A karok egy sorban működő kar-sorozata, úgy hogy az egyik kar kimeneti ereje a következő kar bemeneti erejévé válik, így végső soron lehetővé teszi az erő hatalmas szorzását.
A zongorabillentyűk egy példát mutatnak a csodálatos eredményekre, amelyeket az összetett karokkal felszerelt építőgépek eredményezhetnek. A megjelenítés egyszerűbb példája a körömvágó tipikus készlet. Ezekkel erőt fejt ki egy fogantyúra, amely egy csavarnak köszönhetően két fémdarabot összehúz. A fogantyú ezzel a csavarral a felső fémdarabhoz van csatlakoztatva, és így létrejön egy fikció, és a két darabot a másik végén egy második fémrész csatlakoztatja.
Vegye figyelembe, hogy amikor erőt alkalmaz a fogantyúnak, az sokkal távolabb halad (ha csak hüvelyk vagy kb.), Mint a két éles ollóvágó vége, amelyeknek csak néhány millimétert kell mozgatniuk, hogy egymáshoz záródjanak és elvégezzék a munkájukat. Az alkalmazott erő könnyen megsokszorozható d-nek köszönhetőenr olyan kicsi lenni.
Emelőkar kiszámítása
50 newton (N) erőt kell tenni az óramutató járásával megegyező irányban, a fulladási hullámtól 4 méter (m) távolságban. Milyen erőt kell alkalmazni 100 m távolságra a támaszpont másik oldalán, hogy kiegyenlítse ezt a terhelést?
Itt rendeljen változókat, és állítson be egy egyszerű arányt. F1= 50 N, x1 = 4 m és x2 = 100 m.
Tudod, hogy F1x1 = F2x2, tehát x2 = F1x1/ F2 = (50 N) (4 m) / 100 m = 2 N.
Ezért csak egy apró erőre van szükség az ellenállás terhelésének ellensúlyozására, mindaddig, amíg hajlandó elállni egy futballpálya hosszától, hogy megcsinálja!