Vsebina
- Osnove newtonske fizike
- Pregled enostavnih strojev
- Osnove vzvoda
- Navor in trenutki v fiziki
- Terminologija in vrste vzvodov
- Primeri sestavljenih vzvodov
- Izračun sile ročice
Skoraj vsi vedo, kaj je vzvod je, čeprav je večina ljudi morda presenečena, ko izve, kako široko paleto preprosti stroji kvalificirati kot take.
Povedano povedano, vzvod je orodje, ki se uporablja za "lomljenje" nečesa ohlapnega na način, da ga noben drug nemotoriziran aparat ne more upravljati; V vsakdanjem jeziku nekdo, ki mu je uspelo pridobiti edinstveno obliko moči nad neko situacijo, naj bi imel "vzvod".
Spoznavanje vzvodov in kako uporabljati enačbe, ki se nanašajo na njihovo uporabo, je eden izmed bolj koristnih postopkov, ki jih ponuja uvodna fizika. Vključuje nekaj o moči in navoru, uvaja kontraintuitiven, a ključen koncept množenje silin vas pokliče v ključne pojme, kot so delati in oblike energije v kupčku.
Ena glavnih prednosti vzvodov je, da jih je mogoče enostavno "zložiti" na tak način, da ustvarijo pomembno mehanska prednost. Sestavni izračuni vzvoda pomagajo prikazati, kako močna in hkrati skromna je dobro zasnovana "veriga" preprostih strojev.
Osnove newtonske fizike
Isaac Newton (1642–1726) se je poleg tega, da je bil zaslužen za soustvarjanje matematične discipline računanja, razširil na delo Galilea Galileija in razvil formalna razmerja med energijo in gibanjem. Med drugim je med drugim predlagal, da:
Predmeti se upirajo spremembam hitrosti na način, ki je sorazmeren z njihovo maso (inercijski zakon, prvi zakon Newtona);
Klicana količina silo deluje na mase za spreminjanje hitrosti, proces imenovan pospešek (F = ma, Newtonov drugi zakon);
Klicana količina zagon, produkt mase in hitrosti, je zelo koristen pri izračunih, saj se ohrani (tj. njegova skupna količina se ne spremeni) v zaprtih fizičnih sistemih. Skupaj energija je tudi ohranjen.
Združevanje številnih elementov teh odnosov pomeni koncept delati, kateri je sila pomnožena na daljavo: W = Fx. Prav skozi to lečo se začne preučevanje ročic.
Pregled enostavnih strojev
Ročice spadajo v razred naprav, znanih kot preprosti stroji, ki vključuje tudi zobniki, jermenice, nagnjene ravnine, klini in vijaki. (Beseda "stroj" izvira iz grške besede, ki pomeni "pomagati olajšati.")
Vsi preprosti stroji imajo eno lastnost: množijo silo na račun razdalje (in dodana razdalja je pogosto spretno skrita). Zakon ohranjanja energije potrjuje, da noben sistem ne more "ustvariti" dela iz nič, ampak zato W = Fx, tudi če je vrednost W omejena, drugi dve spremenljivki v enačbi nista.
Spremenljivka, ki vas zanima preprost stroj, je njegova mehanska prednost, kar je le razmerje med izhodno silo in vhodno silo: MA = Fo/ Žjaz. Pogosto se ta količina izrazi kot idealna mehanska prednostali IMA, kar je mehanska prednost, ki bi jo stroj imel, če ne bi bile sile trenja.
Osnove vzvoda
Preprost vzvod je trdna palica neke vrste, ki se lahko vrti okoli fiksne točke, imenovane a žarišče če se na ročico uporabijo sile. Težišče se lahko nahaja na kateri koli razdalji vzdolž dolžine ročice. Če ima ročica sile v obliki navora, ki so sile, ki delujejo okoli vrtilne osi, se ročica ne bo premaknila pod pogojem, da je vsota sil (navora), ki delujejo na palico, enaka nič.
Navor je rezultat uporabljene sile, ki je oddaljena od opornice. Tako sistem, sestavljen iz ene same ročice, ki je podvržena dvema silama F1 in F2 na razdaljah x1 in x2 iz žarišča je v ravnovesju, ko F1x1 = F2x2.
Med drugimi veljavnimi razlagami to razmerje pomeni, da lahko močno silo, ki deluje na kratki razdalji, ravnotežje (ob predpostavki, da izgube energije zaradi trenja ne ostanejo), šibkejša sila, ki deluje na daljšo razdaljo, in to sorazmerno.
Navor in trenutki v fiziki
Razdalja od opornice do točke, na katero se sila uporablja na vzvod, je znana kot ročica ročice, ali trenutna roka. (V teh enačbah je bilo za vizualno preprostost izraženo z uporabo "x"; drugi viri lahko uporabljajo majhno črko "l.")
Momentom ni treba delovati pod pravim kotom vzvodov, čeprav pri kateri koli uporabljeni sili pravi (torej 90 °) kot povzroči največjo silo, ker preprosto rečeno - sin 90 ° = 1.
Da je predmet v ravnovesju, morata biti vsota sil in navora, ki delujeta na ta objekt, enaka nič. To pomeni, da morajo biti vsi navora v smeri urinega kazalca uravnoteženi natančno z navorom v nasprotni smeri urinega kazalca.
Terminologija in vrste vzvodov
Običajno je ideja, da se sila uporabi na vzvod, nekaj premakniti tako, da se "izkoristi" zagotovljeni dvostranski kompromis med silo in ročico. Sila, ki se ji poskušate zoperstaviti, se imenuje odporna sila, in vaša vhodna sila je znana kot naporna sila. Tako si lahko o izhodni sili omislite, da je dosegla vrednost sile upora v trenutku, ko se predmet začne vrteti (tj. Ko ravnotežni pogoji niso več izpolnjeni.
Zaradi povezav med delom, silo in razdaljo se lahko MA to izrazi kot
MA = Fr/ Že = de/ dr
Kjer de je razdalja, na katero se premika ročica (rotacijsko gledano) in dr je razdalja, ki se premika ročico upora.
Vstopijo ročice tri vrste.
Primeri sestavljenih vzvodov
A sestavljena ročica je niz vzvodov, ki delujejo skladno, tako da izhodna sila enega vzvoda postane vhodna sila naslednjega vzvoda, kar na koncu omogoča ogromno množenje sil.
Tipke za klavir predstavljajo en primer čudovitih rezultatov, ki lahko nastanejo pri gradnji strojev, ki imajo sestavljene ročice. Lažji primer za vizualizacijo je tipičen komplet strižnikov za nohte. S temi na silo pritisnete ročico, ki potegne dva kovina skupaj, zahvaljujoč vijaku. Ročaj je s tem vijakom povezan z zgornjim kosom kovine, tako da nastane en temeljni del, oba dela pa na drugem koncu na drugem koncu.
Upoštevajte, da se ob uporabi sile na ročici pomakne precej dlje (če je le centimeter ali približno toliko) kot dva ostra konca ščipalke, ki ju je treba premakniti le nekaj milimetrov, da se tesno zapreta in opravita svoje delo. Sila, ki jo uporabljate, se enostavno pomnoži zahvaljujoč dr biti tako majhen.
Izračun sile ročice
Sila 50 newtonov (N) se uporablja v smeri urinega kazalca na razdalji 4 metre (m) od težišča. Kakšno silo je treba uporabiti na razdalji 100 m na drugi strani ogrodja, da uravnotežite to obremenitev?
Tu dodelite spremenljivke in nastavite preprost delež. F1= 50 N, x1 = 4 m in x2 = 100 m.
Saj veste, da je F1x1 = F2x2, torej x2 = F1x1/ Ž2 = (50 N) (4 m) / 100 m = 2 N.
Tako je potrebna le majhna sila, da se izravna obremenitev upora, dokler ste pripravljeni stati na dolžini nogometnega igrišča, da se to uresniči!