Kako izračunati poluge i polugu

Sadržaj

• Osnove newtonske fizike
• Pregled jednostavnih strojeva
• Osnove poluga
• Moment i momenti u fizici
• Terminologija i vrste poluga
• Primjeri složenih poluga
• Proračun sile poluge

Gotovo svi znaju što znači poluga je, iako bi se većina ljudi iznenadila kad bi saznala koliko širok raspon jednostavni strojevi kvalificiraju se kao takvi.

Lagano govoreći, poluga je alat koji se koristi da bi se "progutalo" nešto labavo na način na koji nijedan drugi nemotorizirani aparat ne može upravljati; u svakodnevnom jeziku, netko tko je uspio steći jedinstven oblik moći nad nekom situacijom, kaže se da posjeduje "polugu".

Učenje o polugama i kako primijeniti jednadžbe koje se odnose na njihovu uporabu jedan je od najvažnijih postupaka uvodne ponude fizike. Uključuje malo o snazi ​​i zakretnom momentu, uvodi kontra-intuitivan ali presudan koncept umnožavanje silai zove vas u temeljne pojmove poput raditi i oblici energije u trgovini.

Jedna od glavnih prednosti poluga je ta što se mogu lako „slagati“ na takav način da stvore značajnu mehanička prednost, Složeni izračuni poluga pomažu ilustrirati koliko moćan, ali skroman može biti dobro dizajniran "lanac" jednostavnih strojeva.

Osnove newtonske fizike

Isaac Newton (1642–1726), osim što je zaslužan za ko-izmišljanje matematičke discipline kalkulusa, proširio se na rad Galilea Galileija kako bi razvio formalne odnose između energije i pokreta. Konkretno, predložio je, između ostalog, sljedeće:

Predmeti se opiru promjenama svoje brzine na način proporcionalan njihovoj masi (zakon inercije, Newtonov prvi zakon);

Količina koja se zove sila djeluje na mase za promjenu brzine, proces zvan ubrzanje (F = ma, Newtonov drugi zakon);

Količina koja se zove moment, proizvod mase i brzine, vrlo je koristan u proračunima jer se sačuva (tj. njegova ukupna količina ne mijenja) u zatvorenim fizičkim sustavima. ukupno energija također se čuva.

Kombinacija niza elemenata ovih odnosa rezultira konceptom raditi, koji je sila pomnožena s daljine: W = Fx, Upravo kroz ovu leću započinje proučavanje poluga.

Pregled jednostavnih strojeva

Ručice pripadaju klasi uređaja poznatih kao jednostavni strojevi, što također uključuje zupčanici, remenice, nagnute ravnine, klinovi i vijci, (Sama riječ "stroj" potječe od grčke riječi koja znači "pomoći olakšati.")

Svi jednostavni strojevi dijele jednu osobinu: umnožavaju se na štetu udaljenosti (a dodana udaljenost često je vješto skrivena). Zakon očuvanja energije potvrđuje da nijedan sustav ne može "stvoriti" rad iz ničega, već zato W = Fx, čak i ako je vrijednost W ograničena, ostale dvije varijable u jednadžbi nisu.

Promjena interesa za jednostavan stroj je njegova mehanička prednost, što je samo omjer izlazne sile i ulazne sile: MA = F_o/ F_ja. Često se ta količina izražava kao idealna mehanička prednostili IMA, što je mehanička prednost koju bi stroj imao ako ne postoje sile trenja.

Osnove poluga

Jednostavna poluga je čvrsta šipka neke vrste koja se slobodno okreće oko fiksne točke koja se naziva a točka oslonca ako se sile primjene na polugu. Oslonac se može nalaziti na bilo kojoj udaljenosti duž duljine poluge. Ako poluga doživljava sile u obliku zakretnog momenta, a to su sile koje djeluju oko osi rotacije, poluga se neće pomicati pod uvjetom da je zbroj sila (momenta) koji djeluju na šipku jednak nuli.

Moment je proizvod primijenjene sile plus udaljenosti od osnove. Dakle, sustav koji se sastoji od jedne poluge podložne dvjema silama F₁ i F₂ na udaljenosti x₁ i x₂ iz osnove je u ravnoteži kada F₁x₁ = F₂x₂.

Između ostalih valjanih tumačenja, ovaj odnos znači da jaka sila koja djeluje na maloj udaljenosti može biti precizno izbalansirana (pretpostavljajući da nema gubitaka energije zbog trenja) slabijom silom koja djeluje na veću udaljenost, i to proporcionalno.

Moment i momenti u fizici

Udaljenost od uporišta do točke na koju se sila vrši na polugu poznata je kao poluga, ili momentalna ruka, (U tim je jednadžbama izraženo pomoću "x" radi vizualne jednostavnosti; drugi izvori mogu upotrebljavati mala slova "l.")

Momenti ne moraju djelovati pod pravim kutom prema polugama, mada za bilo koju primijenjenu silu, pravi (odnosno 90 °) kut daje maksimalnu količinu sile, jer, naprosto, stvar je sin 90 ° = 1.

Da bi objekt bio u ravnoteži, zbroj sila i momenta koji djeluju na taj objekt moraju oboje biti jednaki. To znači da se svi zakretni momenti moraju kretati točno u smjeru suprotnom od kazaljke na satu.

Terminologija i vrste poluga

Obično je ideja primjene sile na polugu pomicanje nečega "iskorištavanjem" sigurnog dvosmjernog kompromisa između sile i poluge. Sila kojoj se pokušavate suprotstaviti naziva se sila otpora, a vaša vlastita ulazna sila poznata je kao naporna sila, Stoga možete misliti da izlazna sila doseže vrijednost sile otpora u trenutku kad se objekt počne okretati (tj. Kada više nisu ispunjeni uvjeti ravnoteže.

Zahvaljujući odnosima između rada, sile i udaljenosti, MA se to može izraziti kao

MA = F_r/ F_e = d_e/ d_r

Gdje je d_e je udaljenost kojom se mišica napora pomiče (rotacijski gledano) i d_r je udaljenost kojom se ručica poluge otpora pomiče.

Ulaze poluge tri vrste.

Primjeri složenih poluga

složena poluga je niz poluga koji djeluju skladno, tako da izlazna sila jedne poluge postaje ulazna sila sljedeće poluge, omogućujući u konačnici ogroman stupanj umnožavanja sila.

Tipke za klavir predstavljaju jedan primjer sjajnih rezultata koji mogu nastati izradom strojeva koji sadrže složene poluge. Jednostavniji primjer za vizualizaciju je tipičan set klizača za nokte. S tim primenjujete silu na ručicu koja vuče dva komada metala zahvaljujući vijku. Drška je ovim vijkom spojena s gornjim komadom metala, stvarajući jedan oslonac, a dva komada spojena su drugim naponom na suprotnom kraju.

Imajte na umu da, kada primenite silu na ručicu, ona se pomiče mnogo dalje (ako je samo centimetar ili tako nešto) od dva oštra krajeva šiške, za koje je potrebno pomaknuti samo par milimetara kako bi se zatvorili i obavili svoj posao. Sila koju primjenjujete lako se množi zahvaljujući d_r biti tako mali.

Proračun sile poluge

Sila od 50 newton-a (N) primjenjuje se u smjeru kazaljke na satu na udaljenosti od 4 metra (m) od vretena. Koja se sila mora primijeniti na udaljenosti 100 m s druge strane uporišta da se to opterećenje uravnoteži?

Ovdje dodijelite varijable i postavite jednostavan omjer. F₁= 50 N, x₁ = 4 m i x₂ = 100 m.

Znate da je F₁x₁ = F₂x₂, pa x₂ = F₁x₁/ F₂ = (50 N) (4 m) / 100 m = 2 N.

Stoga je potrebna samo sitna sila da nadoknadite opterećenje otpora, sve dok ste spremni podnijeti duljinu nogometnog igrališta da biste ga ispunili!