Što je zajedničko nožu, igli i dlijetu? Ako mislite da su sve one oštre i mogu presijecati ili probijati stvari, djelomično ste u pravu, ali sada na popis dodajte vrata. Nije osobito oštar i ne može ništa izrezati, ali svejedno pripada, jer su svi predmeti primjeri klinova.
Klin je jedan od šest uređaja koji su u znanosti poznati kao jednostavni strojevi. Uz klin, jednostavni strojevi uključuju nagnutu ravninu, vijak, kotač i osovinu, remenicu i polugu. Neki znanstvenici uključuju zupčanik kao sedmi ulaz, ali drugi zupčanik smatraju složenim strojem koji uključuje i kotač i osovinu te polugu.
Što je jednostavan stroj?
Jednostavan stroj je osnovni uređaj koji umnožava silu koju na njega primjenjujete. To nije uređaj s unutarnjim komponentama kojima je potreban izvor napajanja, poput automobilskog motora, ali nije manje važan za obavljanje poslova u stvarnom svijetu. Jednostavni strojevi postoje otkad postoji civilizacija, a čak biste mogli tvrditi da otkriće jednostavnih strojeva, poput kotača i klina, omogućilo je civilizaciju u prvom redu mjesto.
Kompromis za povećanu silu koju vrši jednostavan stroj je taj što morate primijeniti silu na veću udaljenost. Mehanička prednost stroja svodi se na omjer udaljenosti kojom primjenjujete silu na udaljenost stroj primjenjuje silu, a ona mora biti manja da bi mehanička prednost bila veća od 1. Korištenje stroja s mehaničkom prednošću manjom od 1 bilo bi jednako korisno kao i gledanje kroz pogrešnu stranu teleskopa.
Mehanička prednost klina
Klin je sličan dvostranoj ravnini nagiba, ali smatra se strojem sam za sebe jer se uvijek koristi za određenu svrhu, a to je razdvajanje stvari. Što je vrh klina oštriji i što je njegov nagib nježniji nagib, to će klin isporučiti više sile. Zato su oštri noževi s tankim oštricama bolji za rezanje od dosadnih s debelim oštricama.
Matematički gledano, idealna mehanička prednost klina je omjer udaljenosti kroz koju klin prodire u materijal koji cijepa (D) do širine split (W):
IMA = D / W
Ovo je izračun sile klina, ali ne možete ga koristiti za izračun snage klina koji djeluje na određeni materijal jer ne uzima u obzir trenje. Nailazite na više trenja rezanjem sira nego s rezanjem maslaca, a trenje djeluje nadoknađuje pogonsku silu klina.
Kako izračunati pogonsku silu
Možete koristiti idealnu mehaničku prednost klina za izračunavanje sile na vrhu klina (FT) ako znate silu koja djeluje na klin (FA). Veza je:
FT = (IMA) × FA = D / Š × ŽA
Taj je odnos, međutim, nepotpun jer ne uključuje silu trenja koja se suprotstavlja klinu. Ova sila ovisi o koeficijentu trenja klina i materijala koji cijepa, pa je vrlo varijabilna. Ako je koeficijent kinetičkog trenja između klina i materijala µ, ukupna sila trenja (Ff) koji se protivi prijedlogu:
Ff = µFN
Gdje FN je normalna sila koja djeluje na granici klina i materijala. FN ovisi o kutu klina.
Jednom kad izračunate Ff, možete odrediti silu koju vrši vrh klina. To je:
FT - Ff