Siden oldtiden har menneskeheden søgt på enhver måde at lette deres fysiske arbejde. Simple mekanismer er blevet et middel til at løse dette problem. Denne artikel diskuterer sådanne opfindelser som håndtaget og blokken samt systemet med håndtag og blokke.
Hvad er gearing, og hvornår blev det brugt?
Sandsynligvis har alle været bekendt med denne enkle mekanisme siden barndommen. I fysik er en løftestang en kombination af en bjælke (stang, bræt) og en støtte. Fungerer som en løftestang til at løfte vægte eller til at kommunikere hastighed til kroppen. Afhængigt af positionen af støtten under bjælken kan håndtaget føre til en gevinst enten i kraft eller i bevægelse af belastninger. Det skal siges, at håndtaget ikke fører til en reduktion i arbejdet som en fysisk størrelse, det giver dig kun mulighed for at omfordele dens udførelse på en bekvem måde.
Man har brugt gearing i lang tid. Så der er beviser for, at det blev brugt af de gamle egyptere i konstruktionen af pyramiderne. Den første matematiske beskrivelse af håndtagets virkning går tilbage til det 3. århundrede f. Kr. og tilhører Archimedes. En moderne forklaring af princippet om drift af denne mekanisme involvererbegrebet kraftmoment opstod først i det 17. århundrede, under dannelsen af Newtons klassiske mekanik.
håndtagsregel
Hvordan fungerer håndtaget? Svaret på dette spørgsmål er indeholdt i begrebet kraftmomentet. Sidstnævnte kaldes en sådan værdi, som opnås som et resultat af at gange kraftens arm med dens modul, det vil sige:
M=Fd
Kraftens arm d er afstanden fra omdrejningspunktet til punktet for påføring af kraften F.
Når en løftestang gør sit arbejde, er der tre forskellige kræfter, der virker på den:
- ydre magt, som f.eks. anvendes af en person;
- vægten af den byrde, som en person søger at flytte med et håndtag;
- reaktion af støtten, der virker fra siden af støtten til håndtagets bjælke.
Reaktionen af støtten afbalancerer de to andre kræfter, så håndtaget ikke bevæger sig fremad i rummet. For at den ikke også skal udføre rotationsbevægelse, er det nødvendigt, at summen af alle kraftmomenter er lig med nul. Kraftmomentet måles altid i forhold til en eller anden akse. I dette tilfælde er denne akse omdrejningspunktet. Med dette valg af akse vil skulderen af virkningen af støttens reaktionskraft være lig med nul, det vil sige, at denne kraft skaber et nulmoment. Nedenstående figur viser et typisk håndtag af den første slags. Pilene markerer den ydre kraft F og vægten af lasten R.
Skriv summen af momenterne for disse kræfter ned, vi har:
RdR+ (-FdF)=0
Ligelighed med nul af summen af momenter sikrer fravær af rotation af vægtstangsarmene. Øjeblikkraft F tages med et negativt fortegn, fordi denne kraft har en tendens til at dreje håndtaget med uret, mens kraften R har en tendens til at gøre denne drejning mod uret.
Når vi omskriver dette udtryk i følgende former, opnår vi ligevægtsbetingelserne for håndtaget:
RdR=FdF;
dR/dF=F/R
Vi har opnået de skriftlige ligheder ved at bruge konceptet kraftmomentet. I det tredje århundrede f. Kr. e. Græske filosoffer kendte ikke til dette fysiske koncept, ikke desto mindre etablerede Arkimedes et omvendt forhold mellem forholdet mellem de kræfter, der virker på armene på håndtaget og længden af disse arme som et resultat af eksperimentelle observationer.
De registrerede ligheder viser, at et fald i armens længde dR bidrager til fremkomsten af muligheden for at løfte store vægte ved hjælp af en lille kraft F og en lang arm dF R fragt.
Hvad er en blok i fysik?
Blok er en anden simpel mekanisme, som er en rund cylinder med en rille langs omkredsen af den cylindriske overflade. Furen tjener til at sikre rebet eller kæden. Blokken har en rotationsakse. Figuren viser et eksempel på en blok, der viser, hvordan den virker.
Denne blok kaldes fast. Det giver ikke styrke, men giver dig mulighed for at ændre retning.
Udover den faste blok er der en bevægelig blok. Det bevægelige og faste bloksystem er vist nedenfor.
Hvis reglen om øjeblikke anvendes på dette system, så får vistyrkeforøgelsen er to gange, men samtidig taber vi det samme på vejen (i figuren F=60 N).
Systemet med håndtag og blokke
Som nævnt i de foregående afsnit, kan gearing bruges til at opnå sti eller magt, mens blok giver dig mulighed for at få magt og ændre retningen af dens handling. Disse egenskaber af de betragtede simple mekanismer bruges i systemer med håndtag og blokke. I disse systemer tager hvert element en vis kraft og overfører det til andre elementer, så vi får den oprindelige kraft som et output.
Den lette betjening af håndtaget og blokken og fleksibiliteten i deres strukturelle anvendelse gør det muligt at sammensætte komplekse mekanismer ud fra en sådan kombination.
Eksempler på brug af systemer med simple mekanismer
Faktisk er alle maskiner, der omgiver os, systemer med håndtag og blokke. Her er de mest berømte eksempler:
- skrivemaskine;
- klaver;
- kran;
- foldestillads;
- justerbare senge og borde;
- et sæt menneskelige knogler, led og muskler.
Hvis inputkraften i hvert af disse systemer er kendt, så kan outputkraften beregnes ved successivt at anvende vægtstangsreglen på hvert element i systemet.
