Τι κοινό έχουν ένα μαχαίρι, πείρος και σμίλη; Αν νομίζετε ότι είναι όλα αιχμηρά και μπορούν να κόψουν ή να σπάσουν τα πράγματα, έχετε εν μέρει δίκιο, αλλά τώρα προσθέστε μια πόρτα στη λίστα. Δεν είναι ιδιαίτερα ευκρινές και δεν μπορεί να κόψει τίποτα, αλλά εξακολουθεί να ανήκει, επειδή όλα τα είδη είναι παραδείγματα σφηνών.
Η σφήνα είναι μία από τις έξι συσκευές γνωστές στην επιστήμη ως απλές μηχανές. Εκτός από τη σφήνα, οι απλές μηχανές περιλαμβάνουν το κεκλιμένο επίπεδο, βίδα, τροχό και άξονα, τροχαλία και μοχλό. Μερικοί επιστήμονες περιλαμβάνουν το γρανάζι ως έβδομη είσοδο, αλλά άλλοι θεωρούν το γρανάζι ως ένα πολύπλοκο μηχάνημα που ενσωματώνει τόσο τον τροχό όσο και τον άξονα συν το μοχλό.
Τι είναι μια απλή μηχανή;
Ένα απλό μηχάνημα είναι μια στοιχειώδης συσκευή που πολλαπλασιάζει τη δύναμη που ασκείτε σε αυτήν. Δεν είναι μια συσκευή με εσωτερικά εξαρτήματα που απαιτεί πηγή ενέργειας, όπως έναν κινητήρα αυτοκινήτου, αλλά δεν είναι λιγότερο σημαντικό για την εργασία στον πραγματικό κόσμο. Απλές μηχανές υπήρχαν για όσο διάστημα υπήρχε πολιτισμός, και θα μπορούσατε ακόμη και να υποστηρίξετε ότι το Η ανακάλυψη απλών μηχανών, όπως ο τροχός και η σφήνα, επέτρεψαν τον πολιτισμό στον πρώτο θέση.
Η αντιστάθμιση για την αυξημένη δύναμη που ασκείται από ένα απλό μηχάνημα είναι ότι πρέπει να ασκήσετε τη δύναμη σε μεγαλύτερη απόσταση. Το μηχανικό πλεονέκτημα της μηχανής ξεκινά από την αναλογία απόστασης που ασκείτε δύναμη στην απόσταση το μηχάνημα εφαρμόζει τη δύναμη και το τελευταίο πρέπει να είναι μικρότερο για να είναι μεγαλύτερο το μηχανικό πλεονέκτημα από 1. Η χρήση ενός μηχανήματος με μηχανικό πλεονέκτημα μικρότερο από 1 θα ήταν εξίσου χρήσιμη με το να κοιτάς τη λάθος πλευρά ενός τηλεσκοπίου.
Το μηχανικό πλεονέκτημα μιας σφήνας
Μια σφήνα είναι παρόμοια με ένα κεκλιμένο επίπεδο δύο όψεων, αλλά θεωρείται ένα μηχάνημα από μόνο του επειδή χρησιμοποιείται πάντα για έναν συγκεκριμένο σκοπό, δηλαδή να χωρίζει τα πράγματα. Όσο πιο έντονη είναι η άκρη της σφήνας και όσο πιο απαλή είναι η κλίση των πλευρών της, τόσο μεγαλύτερη δύναμη θα προσφέρει η σφήνα. Γι 'αυτό τα αιχμηρά μαχαίρια με λεπτές λεπίδες είναι καλύτερα για κοπή από ό, τι τα θαμπά με παχιά μαχαίρια.
Σε μαθηματικούς όρους, το ιδανικό μηχανικό πλεονέκτημα (IMA) μιας σφήνας είναι ο λόγος της απόστασης που διαπερνά η σφήνα στο υλικό που χωρίζει (ρε) στο πλάτος της διαίρεσης (Δ):
IMA = Η / Δ
Αυτός είναι ο υπολογισμός της δύναμης σφήνας, αλλά δεν μπορείτε να τον χρησιμοποιήσετε για να υπολογίσετε άμεσα τη δύναμη που ασκείται από τη σφήνα σε ένα συγκεκριμένο υλικό επειδή δεν λαμβάνει υπόψη τριβή. Αντιμετωπίζετε περισσότερη τριβή μέσω του τυριού από το να κόβετε το βούτυρο και η τριβή δρα για να αντισταθμίσει την κινητήρια δύναμη της σφήνας.
Πώς να υπολογίσετε την κινητήρια δύναμη
Μπορείτε να χρησιμοποιήσετε το ιδανικό μηχανικό πλεονέκτημα μιας σφήνας για να υπολογίσετε τη δύναμη στην άκρη μιας σφήνας (φάΤ) εάν γνωρίζετε τη δύναμη που εφαρμόζεται στη σφήνα (φάΕΝΑ). Η σχέση είναι:
φάΤ = (IMA) × FΕΝΑ = Δ / Π × ΦΕΝΑ
Αυτή η σχέση είναι ατελής, ωστόσο, επειδή δεν περιλαμβάνει τη δύναμη τριβής που αντιτίθεται στη σφήνα. Αυτή η δύναμη εξαρτάται από τον συντελεστή τριβής τόσο της σφήνας όσο και του υλικού που χωρίζει, οπότε είναι εξαιρετικά μεταβλητή. Εάν ο συντελεστής κινητικής τριβής μεταξύ της σφήνας και του υλικού είναι μ, η συνολική δύναμη τριβής (φάφά) η αντίθεση της κίνησης είναι:
φάφά = μFΝ
Οπου φάΝ είναι η κανονική δύναμη που ασκείται στο όριο της σφήνας και του υλικού. φάΝ εξαρτάται από τη γωνία της σφήνας.
Μόλις υπολογίσετε φάφά, μπορείτε να προσδιορίσετε τη δύναμη που ασκείται από το άκρο της σφήνας. Είναι:
φάΤ - ΣΤφά
