كيفية حساب الميزة الميكانيكية للوتد

ما هو القاسم المشترك بين السكين ودبوس الدفع والإزميل؟ إذا كنت تعتقد أنها كلها حادة ويمكنها قطع الأشياء أو اختراقها ، فأنت على حق جزئيًا ، ولكن الآن أضف حاجزًا إلى القائمة. إنها ليست حادة بشكل خاص ، ولا يمكنها قطع أي شيء ، لكنها لا تزال تنتمي ، لأن جميع العناصر هي أمثلة على الأوتاد.

الوتد هو واحد من ستة أجهزة معروفة للعلم بأنها آلات بسيطة. إلى جانب الوتد ، تشمل الآلات البسيطة المستوى المائل ، واللولب ، والعجلة والمحور ، والبكرة والرافعة. يعتبر بعض العلماء الترس بمثابة المدخل السابع ، لكن البعض الآخر يعتبر الترس بمثابة آلة معقدة تضم كلاً من العجلة والمحور بالإضافة إلى الرافعة.

الآلة البسيطة هي جهاز بدائي يضاعف القوة التي تطبقها عليها. إنه ليس جهازًا به مكونات داخلية تتطلب مصدر طاقة ، مثل محرك السيارة ، ولكنه لا يقل أهمية عن القيام بالعمل في العالم الحقيقي. كانت الآلات البسيطة موجودة منذ وجود الحضارة ، ويمكنك حتى أن تجادل في أن إن اكتشاف الآلات البسيطة ، مثل العجلة والإسفين ، جعل الحضارة ممكنة في البداية مكان.

تكمن المفاضلة بين القوة المتزايدة التي تمارسها آلة بسيطة في أنه يتعين عليك تطبيق القوة على مسافة أطول. تتلخص الميزة الميكانيكية للآلة في نسبة المسافة التي تطبقها بقوة على المسافة تطبق الآلة القوة ، ويجب أن تكون الأخيرة أصغر حتى تكون الميزة الميكانيكية أكبر من 1. سيكون استخدام آلة ذات ميزة ميكانيكية أقل من 1 مفيدًا مثل النظر من خلال الجانب الخطأ من التلسكوب.

يشبه الوتد المستوى المنحدر من جانبين ، لكنه يعتبر آلة في حد ذاته لأنه يستخدم دائمًا لغرض معين ، وهو فصل الأشياء عن بعضها. كلما كان طرف الإسفين أكثر حدة وكلما كان ميل جوانبه أكثر نعومة ، زادت القوة التي يقدمها الإسفين. هذا هو السبب في أن السكاكين الحادة ذات الشفرات الرفيعة أفضل في التقطيع من السكاكين الباهتة ذات الشفرات السميكة.

من الناحية الرياضية ، فإن الميزة الميكانيكية المثالية (IMA) للإسفين هي نسبة المسافة التي يخترقها الإسفين في المادة التي يقسمها (د) لعرض الانقسام (دبليو):

IMA = D / W

هذا هو حساب قوة الإسفين ، لكن لا يمكنك استخدامه لحساب القوة التي يمارسها الإسفين في مادة معينة بشكل مباشر لأنه لا يأخذ الاحتكاك في الاعتبار. تواجه احتكاكًا أكبر في قطع الجبن أكثر من تقطيع الزبدة ، ويعمل الاحتكاك لتعويض القوة الدافعة للوتد.

يمكنك استخدام الميزة الميكانيكية المثالية للإسفين لحساب القوة الواقعة على طرف الإسفين (F_تي) إذا كنت تعرف القوة المطبقة على الإسفين (F_أ). العلاقة هي:

F_تي = (IMA) × F._أ = D / W × F._أ

هذه العلاقة غير مكتملة ، مع ذلك ، لأنها لا تتضمن قوة الاحتكاك التي تعارض الإسفين. تعتمد هذه القوة على معامل الاحتكاك لكل من الإسفين والمادة التي ينشقها ، لذا فهي متغيرة للغاية. إذا كان معامل الاحتكاك الحركي بين الإسفين والمادة هو µ ، فإن إجمالي قوة الاحتكاك (F_F) معارضة الحركة هي:

F_F = µF_ن

أين F_ن هي القوة الطبيعية التي تمارس عند حدود الإسفين والمادة. F_ن يعتمد على زاوية الإسفين.

بمجرد أن تقوم بحساب F_F، يمكنك تحديد القوة التي يمارسها طرف الإسفين. أنه:

F_تي - F_F