Mennyi súlyt vesz le a tárcsa?

A szíjtárcsa nem használ üzemanyagot vagy villamos energiát, és nem működik önmagában, de mégis gép. Nem egy gép abban a tekintetben, ahogyan a szót a Merriam-Webster szótár meghatározza, hanem egy gép abban, ahogy a mérnökök meghatározzák a szót: "Az egyszerű gépek olyan eszközök, amelyek felhasználhatók az általunk alkalmazott erő megsokszorozására vagy növelésére — gyakran egy olyan távolság rovására, amelyen keresztül az erőt kifejtjük. "

Az egyszerű gépek listája olyan tárgyakat tartalmaz, amelyeket az emberek naponta használnak, például kalapácsokat, csavarhúzókat és kilincseket. Ezek a munkagépek az egyszerű gépek hat klasszikus kategóriájának egyikébe tartoznak. A kategóriák a következők:

• Kerék és tengely
• Csiga
• Kar
• Ferde sík
• Csavar
• Ék

Egyes tudósok a csavart és az éket a ferde síkok speciális típusának tekintik, ami négy bejegyzésre csökkenti a listát. A tárcsát akár a kerék és a tengely speciális esetének is tekintheti, és három elemre csökkentheti a listát. Bármennyire is szerepel a listán a tétel, a tárcsa gépnek minősül.

A gép kimeneti erejének és a rá alkalmazott erőnek az aránya a gép ereje mechanikai előny (MA). Ahhoz, hogy egy gép gép legyen, a kimeneti erőnek nagyobbnak kell lennie, mint a bemenő erő, ami azt jelenti, hogy a mechanikai előnynek mindig nagyobbnak kell lennie, mint 1. Minél nagyobb a mechanikai előny, annál kevesebb erőt kell bevinni a gépbe annak működéséhez.

Kiszámíthatja a tárcsarendszer mechanikai előnyét azáltal, hogy kiszámítja azt az erőt, amely szükséges ahhoz, hogy a teher egy tárcsa nélkül egy bizonyos magasságig felemelkedjen (a kimenő erő, F_O), majd kiszámítja a csigával történő végrehajtáshoz szükséges erőt (az F bemeneti erő)_én). A mechanikai előny a kimenő erő és a bemenő erő aránya: MA = F_O/ F_én. Minél kisebb a bemenő erő a kimenő erőhöz viszonyítva, annál nagyobb a mechanikai előny.

Egy egyszerű tárcsarendszer esetében nevetségesen könnyű kiszámítani mechanikai előnyét. Egyszerűen megszámolja a terhelést támogató kötelek számát.

Miután megismerte a mechanikai előnyt, kiszámíthatja az ismert súly felemeléséhez szükséges erőt. Az erő és a súly ugyanazt jelenti, így a mechanikai előny kiszámításával kitalálhatja a tárcsa terheléscsökkentését.

- Várj - mondod. - Honnan tudhatja, hogy a mechanikai előny megegyezik a kötelek számával? A kérdés megválaszolásához tudnia kell, mit munka az, és nem az a fajta munka, amelyet a 9–5.

Ami a fizikusokat illeti, akkor munkát (W) végez (F) erő alkalmazásával (d) távolságra. A munkát úgy számítja ki, hogy megszorozza az erőt a távolsággal:

W = F • d.

A munka az energiához kapcsolódik, és mivel a természet egyik legalapvetőbb törvénye az, hogy az energiát mindig konzerválják, a munkát konzerválni kell. Ha a tárcsarendszerre kifejtett erő kisebb, mint a teher felemeléséhez szükséges erő, akkor valaminek megváltoznia kell ahhoz, hogy az elvégzett munka mennyisége megegyezzen a teher felemeléséhez szükséges munkával.

A változó mennyiség távolság. Tárcsarendszer használata esetén kevesebb erőt alkalmaz a teher felemeléséhez, de több kötelet kell húznia, hogy a terhelést egy adott magasságba emelje. Ha kettős tárcsás rendszer van, akkor kétszer annyi kötelet kell húznia; hármas tárcsás rendszerben háromszor annyit kell húzni stb. Valójában bármely tárcsa rendszer esetében kiszámíthatja a terhelést támogató kötelek számának kiszámításával az extra kötél mennyiségét, amelyet meg kell húznia.

A súly és az erő nem különbözik egymástól. Egy tárgy súlya nem más, mint a gravitáció által rá kifejtett erő, ezért amikor egy tárgyat felemel, akkor a gravitációs erővel megegyező erőt kell kifejtenie. Ha egyetlen tárcsarendszere van, akkor a tárcsa lehetővé teszi, hogy felfelé húzza le a kötelet, ami mindenképpen könnyebb, de a kényszerítsd magad még mindig egyenlő a a rakomány súlya emelsz.

Ha hozzáad egy tárcsát az első alá, hurkolja a kötelet mindkét tárcsa köré, és függessze fel a terhelést a második tárcsáról, a terhelést most két kötél támasztja alá. Ennek az új, továbbfejlesztett szíjtárcsa-rendszernek a mechanikai előnye tehát 2, és ez azt jelenti, hogy csak erőfeszítéseket kell tennie a terhelés súlyának felével megegyező erő hogy felemelje. Felfüggesszen egy harmadik szíjtárcsát az elsőtől, hurkolja át a kötelet, hogy három kötél függessze fel a terhelést, és a teher felemeléséhez kifejtett erő csak a súlyának egyharmada.

Mondhatnánk úgy általában, hogy a tárcsa terhelés csökkentése a terhelést támogató kötelek számának a reciproka, de kevés gyakorlati tárcsa rendszer rendelkezik négynél több kötéllel. Következésképpen a maximálisan megvalósítható tárcsaterhelés-csökkentés a terhelés súlyának egynegyede. A valóságban a tényleges terheléscsökkentés ennél valamivel kisebb, mert figyelembe kell venni a tárcsák súrlódását.

Tegyük fel, hogy egyedül képes felemelni egy 200 kilós embert, de ez a súlyemelő képességeinek a határa. Kitalálna egy tárcsa rendszert egy 2000 fontos autó felemeléséhez? Valószínűleg nem azért, mert még egy négykerekű rendszer is csak egy negyedével csökkentené a súlyt, és ez még mindig 500 font.

Tegyük fel, hogy fel tudna szerelni egy pár tárcsa rendszert, és megkaphatná egy barátját, aki olyan erős, mint te, és meghúzza egyiküket. Még mindig lennének gondjai, de lehet, hogy meg tudja csinálni, mert minden tárcsa megemelné a súly felét vagy 1000 fontot, és ennek a súlynak a negyede 250 font. Ha hozzáadna egy harmadik tárcsát és egy harmadik személyt a munkához, akkor mindegyiknek csak 167 font erőt kellene kifejtenie, ami jó képességeiken belül van, így ez a rendszer könnyen működne.

A szíjtárcsa-számológép nem attól függ, hogy melyik súly fog először emelkedni a kötél húzásakor, mert ha az egyik ember a másik kettő előtt húz, az autó nem mozdul. Mindhárom embernek egyszerre kell húznia, hogy megfelelően megossza a terhelést, és a súlyt egyenletesen ossza el a három tárcsa között. Amikor a három ember egyidejűleg dolgozik, valójában 12 kötél támasztja alá az autót, ami a a 12 tárcsarendszer mechanikai előnye, és a jármű felemeléséhez szükséges nettó erőt 2000 ÷ 12 = -ra csökkenti 167 font.