Какво е общото между нож, щифт и длето? Ако смятате, че всички те са остри и могат да прорежат или да проникнат през нещата, отчасти сте прав, но сега добавете спирка на вратата към списъка. Не е особено остър и не може да отреже нищо, но все пак принадлежи, защото всички предмети са примери за клинове.
Клинът на е едно от шестте устройства, известни на науката като прости машини. Освен клина, простите машини включват наклонената равнина, винт, колело и ос, ролка и лост. Някои учени включват предавката като седмо влизане, но други смятат, че предавката е сложна машина, включваща колелото и оста плюс лоста.
Какво е проста машина?
Простата машина е елементарно устройство, което умножава силата, която прилагате върху нея. Това не е устройство с вътрешни компоненти, които изискват източник на енергия, като автомобилен двигател, но е не по-малко важно за извършване на работа в реалния свят. Простите машини съществуват откакто съществува цивилизацията и дори може да се твърди, че откриването на прости машини, като колелото и клина, направи цивилизацията възможна още в началото място.
Компромисът за увеличената сила, упражнявана от обикновена машина, е, че трябва да приложите силата на по-голямо разстояние. Механичното предимство на машината се свежда до съотношението на разстоянието, което прилагате сила към разстоянието машината прилага сила и последната трябва да е по-малка, за да бъде механичното предимство по-голямо от 1. Използването на машина с механично предимство по-малко от 1 би било толкова полезно, колкото и гледането през грешната страна на телескопа.
Механичното предимство на клин
Клинът е подобен на двустранна наклонена равнина, но се счита за машина по своя собствена заслуга, защото винаги се използва за определена цел, която е да разделя нещата. Колкото по-остър е върхът на клина и колкото по-лек е наклонът на страните му, толкова по-голяма сила ще достави клинът. Ето защо острите ножове с тънки остриета са по-добри за рязане, отколкото тъпите с дебели остриета.
От математическа гледна точка идеалното механично предимство (IMA) на клина е съотношението на разстоянието, което клинът прониква в материала, който цепи (д) до ширината на разделянето (W):
IMA = D / W
Това е изчислението на силата на клина, но не можете да го използвате, за да изчислите директно силата, упражнявана от клина в определен материал, тъй като не отчита триенето. Срещате повече триене при рязане на сирене, отколкото при рязане на масло и триенето действа, за да компенсира движещата сила на клина.
Как да изчислим движещата сила
Можете да използвате идеалното механично предимство на клин, за да изчислите силата върху върха на клин (FT) ако знаете силата, приложена към клина (FA). Връзката е:
FT = (IMA) × FA = Г / Ш × ЖA
Тази връзка обаче е непълна, тъй като не включва силата на триене, противопоставяща се на клина. Тази сила зависи от коефициента на триене както на клина, така и на материала, който се цепи, така че е силно променлива. Ако коефициентът на кинетично триене между клина и материала е µ, общата сила на триене (Fе) противопоставянето на предложението е:
Fе = µFн
Където Fн е нормалната сила, упражнявана на границата на клина и материала. Fн зависи от ъгъла на клина.
След като изчислите Fе, можете да определите силата, упражнявана от върха на клина. То е:
FT - Fе