Praktiliselt kõik teavad, mida ahoobon, kuigi enamik inimesi võib olla üllatunud, kui saab teada, kui laia valikutlihtsad masinadsellisena kvalifitseeruda.
Vabalt öeldes on hoob tööriist, mida kasutatakse millegi lahtise "piilumiseks" viisil, mida ükski teine mootorita aparaat ei suuda hallata; igapäevakeeles öeldakse, et kellel on õnnestunud olukorra üle ainulaadne võimuvõimalus saada, on "võimendav".
Kangide õppimine ja nende kasutamisega seotud võrrandite rakendamine on üks tasuvamaid protsesse, mida füüsika sissejuhatav pakub. See sisaldab natuke jõudu ja pöördemomenti, tutvustab intuitiivset, kuid üliolulist kontseptsioonijõudude korrutamineja valib teile sellised põhimõisted nagutööja energiavormid.
Kangide üks peamisi eeliseid on see, et neid saab hõlpsasti "virnastada" nii, et tekiks märkimisväärnemehaaniline eelis. Ühendkangide arvutused aitavad illustreerida, kui võimas, kuid samas tagasihoidlik võib olla lihtsate masinate läbimõeldud "kett".
Newtoni füüsika alused
Isaac Newton(1642–1726), lisaks sellele, et sellele on omistatud ka matemaatilise distsipliini kaasleiutamist arvutus, laiendatud Galileo Galilei tööle, et arendada ametlikke suhteid energia ja liikumine. Täpsemalt tegi ta muu hulgas ettepaneku:
Objektid peavad vastu nende kiiruse muutumisele massiga proportsionaalselt (inertsiseadus, Newtoni esimene seadus);
Nimetatud kogusjõudtoimib massidele kiiruse muutmiseks, seda protsessi nimetataksekiirendus (F = ma, Newtoni teine seadus);
Nimetatud kogushoog, massi ja kiiruse korrutis, on arvutustes väga kasulik, kuna see on suletud füüsilistes süsteemides konserveeritud (st kogu summa ei muutu). Kokkuenergiaon ka konserveeritud.
Nende suhete hulga elementide ühendamisel saadakse mõistetöö, mis onjõud korrutatud kauguse kaudu:
W = Fx
Selle läätse kaudu algab hoobade uurimine.
Ülevaade lihtsatest masinatest
Kangid kuuluvad seadmete klassi, mida nimetatakselihtsad masinad, mis sisaldab kahammasrattad, rihmarattad, kallutatud tasapinnad, kiiludjakruvid. (Sõna "masin" ise tuleneb kreekakeelsest sõnast, mis tähendab "aita lihtsustada".)
Kõigil lihtsatel masinatel on üks omadus: nad korrutavad jõu kauguse arvelt (ja lisatud vahemaa on sageli nutikalt varjatud). Energia jäävuse seadus kinnitab, et ükski süsteem ei saa mitte millestki tööd "luua", kuid isegi kui W väärtus on piiratud, pole võrrandi ülejäänud kaks muutujat seda.
Lihtsa masina huvipakkuv muutuja on temamehaaniline eelis, mis on lihtsalt väljundjõu ja sisendjõu suhe:
MA = \ frac {F_o} {F_i}
Sageli väljendatakse seda kogustideaalne mehaaniline eelisvõi IMA, mis on masina mehaaniline eelis, kui hõõrdejõude ei oleks.
Kangi põhitõed
Lihtkang on mingisugune kindel varras, mis võib vabalt pöörduda fikseeritud punkti ümber, mida nimetatakse a-kstugipunktkui kangile rakendatakse jõude. Tugipunkt võib asuda kangi pikkuses mis tahes kaugusel. Kui hoob kogeb jõude pöördemomentidena, mis on jõud, mis toimivad ümber telje pöörlemisel ei liigu hoob tingimusel, et vardale mõjuvate jõudude (pöördemomentide) summa on null.
Pöördemoment on rakendatud jõu pluss kaugus tugipunktist. Seega süsteem, mis koosneb ühest kangist, mis allub kahele jõuleF1jaF2kaugustel x1 ja x2 tugipunktist on tasakaalus, kuiF1x1 = F2x2.
- F ja x korrutist nimetatakse a-kshetk, mis on mis tahes jõud, mis sunnib objekti mingil viisil pöörlema.
Muude kehtivate tõlgenduste hulgas tähendab see suhe seda, et lühikese vahemaa tagant mõjuv tugev jõud saab täpselt olla tasakaalustamiseks (eeldades, et hõõrdumisest tulenevaid energiakadusid pole) väiksema jõu mõjul pikema vahemaa tagant ja proportsionaalselt viisil.
Pöördemoment ja hetked füüsikas
Kaugust tugipunktist punkti, kus kangile jõudu rakendatakse, tuntakse kuihoob,võihetke käsi. (Nendes võrrandites on see väljendatud visuaalse lihtsuse huvides "x" abil; muud allikad võivad kasutada väiketähti "l".)
Pöördemomendid ei pea toimima kangide suhtes täisnurga all, kuigi iga rakendatud jõu korral on see õigus (see tähendab, et 90 °) nurk annab maksimaalse jõu, sest lihtsalt asjasse puutuvalt on patt 90 ° = 1.
Et objekt oleks tasakaalus, peavad sellele objektile mõjuvate jõudude ja pöördemomentide summad mõlemad olema null. See tähendab, et kõik päripäeva pöördemomendid peavad olema täpselt vastupäeva tasakaalustatud.
Terminoloogia ja hoobade tüübid
Tavaliselt on kangile jõu rakendamise idee midagi liigutada, kasutades selleks jõudu ja kangivarre kindlat kahepoolset kompromissi "võimendades". Jõudu, millele üritate vastu seista, nimetataksevastupanu jõudja teie enda sisendjõud on tuntud kuipingutusjõud. Seega võite mõelda väljundjõule kui jõule takistusjõu väärtuseni hetkel, kui objekt hakkab pöörlema (st kui tasakaalutingimused pole enam täidetud).
Tänu töö, jõu ja kauguse suhetele saab MA seda väljendada
MA + \ frac {F_r} {F_e} = \ frac {d_e} {d_r}
Kus de on vahemaa, kus jõupingutus liigub (pööreldes) ja dr on kaugus, mida vastupanuvarre liigub.
Kangid tulevad sissekolme tüüpi.
- Esmakordne:Tugipunkt on pingutuse ja vastupanu vahel (näide: "nägin-nägin").
- Teise järgu: Pingutus ja vastupanu asuvad tugipunkti samal küljel, kuid osutavad vastupidises suunas, kusjuures pingutus on tugipunktist kaugemal (näiteks: käru).
- Kolmas järjekord:Pingutus ja vastupanu asuvad tugipunkti samal küljel, kuid osutavad vastupidises suunas, koormus tugipunktist kaugemale (näide: klassikaline katapult).
Liitkangide näited
Aliitkangon kooskõlastatult toimiv hoobade seeria, nii et ühe kangi väljundjõust saab järgmise kangi sisendjõud, võimaldades nii lõpuks jõudu tohutult korrutada.
Klaveriklahvid on üks näide suurepärastest tulemustest, mis võivad tekkida liitkangidega masinate ehitamisel. Lihtsam visualiseeritav näide on tüüpiline küünte lõikurite komplekt. Sellega rakendate jõudu käepidemele, mis tõmbab tänu kruvile kaks metallitükki kokku. Selle kruviga ühendatakse käepide ülemise metalldetailiga, luues ühe tugipunkti ja kaks tükki ühendatakse teise otsaga teise tugipunktiga.
Pange tähele, et kui rakendate käepidemele jõudu, liigub see käepidemest palju kaugemale (kui ainult tolli) kaks teravat lõikuri otsa, mille sulgemiseks ja enda tegemiseks on vaja liikuda vaid paar millimeetrit töö. Teie rakendatav jõud korrutatakse tänu d-le kergestir olles nii väike.
Kangi õlavarre arvutamine
Tugipunktist 4 meetri (m) kaugusel rakendatakse päripäeva jõudu 50 njuutonit (N). Millist jõudu tuleb rakendada selle koormuse tasakaalustamiseks 100 m kaugusel teisel pool tugipunkti?
Määrake siin muutujad ja seadistage lihtne proportsioon. F1= 50 N, x1 = 4 m ja x2 = 100 m.
Sa tead, et F1x1 = F2x2, nii
x_2 = \ frac {f_1x_1} {F_2} = \ frac {50 \ korda 4} {100} = 2 \ tekst {N}
Seega on vastupanukoormuse kompenseerimiseks vaja ainult väikest jõudu, kui olete valmis selle saavutamiseks jalgpalliväljaku pikkusest eemal seisma!