Kuidas arvutada hoobasid ja võimendust

Sisu

• Newtoni füüsika alused
• Ülevaade lihtsatest masinatest
• Kangi põhitõed
• Pöördemoment ja hetked füüsikas
• Terminoloogia ja kangide tüübid
• Ühendkangi näited
• Kangi jõu arvutamine

Praktiliselt kõik teavad, mida a kang on, kuigi enamik inimesi võib olla üllatunud, kui õpib just seda, kui laia valikut lihtsad masinad kvalifitseeruda selliseks.

Lõdvalt öeldes on kang tööriist, mida kasutatakse millegi lahti lükkamiseks viisil, mida ükski teine ​​mootorita seade ei suuda hallata; igapäevases keeles öeldakse, et kellelgi, kellel on õnnestunud saada mingi olukorra üle ainulaadne võim, on "võimendus".

Kangide õppimine ja nende kasutamisega seotud võrrandite rakendamine on üks tasustavamaid protsesse, mida füüsika tutvustab. See sisaldab natuke jõudu ja pöördemomenti, tutvustab vastupidist intuitiivset, kuid üliolulist kontseptsiooni jõudude korrutamineja valib teid sellistesse põhimõistetesse nagu töö ja energiavormid sooduspakkumises.

Kangide üks peamisi eeliseid on see, et neid saab hõlpsasti "virnastada" viisil, mis loob olulise mehaaniline eelis. Liithoova arvutused aitavad illustreerida, kui võimas, kuid alandlik lihtsate masinate läbimõeldud "kett" võib olla.

Newtoni füüsika alused

Isaac Newton (1642–1726) laiendas lisaks matemaatilise distsipliini koos leiutamisele ka Galuleo Galilei tööd, et arendada formaalseid suhteid energia ja liikumise vahel. Täpsemalt tegi ta muu hulgas ettepaneku, et:

Objektid peavad vastu kiiruse muutustele viisil, mis on proportsionaalne nende massiga (inertsiseadus, Newtoni esimene seadus);

Kogus, mida nimetatakse jõud toimib kiiruste muutmiseks massidele, protsessi nimetatakse kiirendus (F = ma, Newtoni teine ​​seadus);

Kogus, mida nimetatakse hoogMassi ja kiiruse korrutis on arvutustes väga kasulik, kuna see on suletud füüsikalistes süsteemides konserveerunud (st. selle kogus ei muutu). Kokku energia on ka konserveeritud.

Nende suhete rea elementide kombineerimisega saadakse kontseptsioon töö, mis on jõud korrutatakse läbi vahemaa: W = Fx. Just selle läätse kaudu algab kangide uurimine.

Ülevaade lihtsatest masinatest

Hoovad kuuluvad seadmete klassi, mida nimetatakse lihtsad masinad, mis sisaldab ka hammasrattad, rihmarattad, kaldtasapinnad, kiilud ja kruvid. (Sõna "masin" ise pärineb kreekakeelsest sõnast, mis tähendab "aidata lihtsamaks teha.")

Kõigil lihtsatel masinatel on üks omadus: nad mitmekordistavad jõu kauguse arvelt (ja lisatud vahemaa on sageli nutikalt peidetud). Energia säästmise seadus kinnitab, et ükski süsteem ei saa "luua" tööd mitte millestki, vaid sellepärast W = Fx, isegi kui W väärtus on piiratud, ei ole võrrandi kaks muud muutujat.

Lihtsa masina huvimuutuja on see mehaaniline eelis, mis on lihtsalt väljundjõu ja sisendjõu suhe: MA = F_o/ F_i. Sageli väljendatakse seda kogust ideaalne mehaaniline eelisvõi IMA, mis on mehaaniline eelis, mida masin naudiks, kui puuduvad hõõrdejõud.

Kangi põhitõed

Lihtne kang on teatud tüüpi kindel varras, mis võib vabalt pöörduda fikseeritud punkti ümber, mida nimetatakse a toetuspunkt kui kangile rakendatakse jõud. Toetuspunkt võib asuda mis tahes kaugusel kangi pikkusest. Kui hoob kogeb jõumomente, mis on pöördetelje ümber tegutsevad jõud, siis hoob ei liigu, kui vardale mõjuvate jõudude (pöördemomentide) summa on null.

Pöördemoment on rakendatud jõu korrutis tugipunktist. Seega süsteem, mis koosneb ühest hoovast, mis allub kahele jõule F₁ ja F₂ kaugustel x₁ ja x₂ toetuspunktist on tasakaalus, kui F₁x₁ = F₂x₂.

Muude kehtivate tõlgenduste hulgas tähendab see seos, et lühikese vahemaa tagant mõjuvat tugevat jõudu saab täpselt tasakaalustada (eeldades, et hõõrdumisest tulenevad energiakadud puuduvad) pikema vahemaa peal toimiva nõrgema jõu abil ja proportsionaalsel viisil.

Pöördemoment ja hetked füüsikas

Kaugust tugipunktist punkti, kus kangile rakendatakse jõudu, nimetatakse hoob, või hetke arm. (Nendes võrrandites on seda visuaalse lihtsuse huvides kasutatud tähega "x"; muud allikad võivad kasutada väiketähti "l")

Pöördemomendid ei pea toimima hoobade suhtes täisnurga all, ehkki iga rakendatud jõu korral annab täisnurk (see tähendab 90 °) maksimaalse jõuhulga, sest kui asja pisut ületada, siis on sin 90 ° = 1.

Et objekt oleks tasakaalus, peavad sellel objektil mõjuvate jõudude summad ja pöördemomendid olema mõlemad null. See tähendab, et kõiki päripäeva pöördemomente tuleb täpselt tasakaalustada vastupäeva pöördemomentidega.

Terminoloogia ja kangide tüübid

Tavaliselt on kangi jõu rakendamise mõte millegi liigutamine, tagades kahesuunalise kompromissi jõu ja kangi vahel. Jõudu, millele üritate vastu seista, nimetatakse takistusjõud, ja teie enda sisendjõudu nimetatakse pingutusjõud. Seega võite väljundjõu mõtestada takistusjõu väärtuse saavutamiseni hetkest, kui objekt hakkab pöörlema ​​(st kui tasakaalutingimused pole enam täidetud).

Tänu töö, jõu ja distantsi vahelistele suhetele saab seda väljendada järgmiselt

MA = F_r/ F_e = d_e/ d_r

Kus d_e on vahemaa, mida pingutusvars liigutab (pöördeliselt), ja d_r on vahemaa, mille jooksul takistushoova haru liigub.

Kangid tulevad sisse kolme tüüpi.

Ühendkangi näited

A liithoob "Käigukast" on rida hooba, mis toimivad kooskõlastatult, nii et ühe hoova väljundjõust saab järgmise hoova sisendjõud, võimaldades lõppkokkuvõttes tohutut jõu korrutamist.

Klaveriklahvid on üks näide suurepärastest tulemustest, mis võivad tuleneda liitkangidega varustatud masinatest. Lihtsam näide visualiseerimiseks on tüüpiline küünte lõikurite komplekt. Nende abil rakendate jõudu käepidemele, mis tõmbab tänu kruvile kaks metallitükki kokku. Selle kruvi abil on käepide ühendatud ülemise metallitükiga, moodustades ühe tugiposti ja need kaks detaili ühendatakse vastaskülje teise tugipostiga.

Pange tähele, et kui käepidemele jõu rakendate, liigub see palju kaugemale (kui see on umbes tolli või enam) kui kaks teravat klambri otsa, mis peavad üksteise sulgemiseks ja oma töö tegemiseks liikuma vaid paar millimeetrit. Teie rakendatav jõud korrutatakse hõlpsalt tänu d-le_r olles nii väike.

Kangi jõu arvutamine

Jõudu 50 njuutoni (N) rakendatakse päripäeva 4 meetri (m) kaugusel toetuspunktist. Millist jõudu tuleb selle koormuse tasakaalustamiseks rakendada 100 m kaugusel tugipunkti teisel küljel?

Siin määrake muutujad ja määrake lihtne osa. F₁= 50 N, x₁ = 4 m ja x₂ = 100 m.

Teate, et F₁x₁ = F₂x₂, seega x₂ = F₁x₁/ F₂ = (50 N) (4 m) / 100 m = 2 N.

Seega on vastupidavuskoormuse korvamiseks vaja vaid väikest jõudu, kui olete nõus jalgpalliväljaku pikkuse eemal seisma, et see korda saada!