Mi a közös a késben, a tűben és a vésőben? Ha úgy gondolja, hogy ezek mind élesek, és képesek keresztülvágni vagy átdöfni a dolgokat, akkor részben igazad van, de most adj hozzá egy ajtót a listához. Nem különösebben éles, és nem vághat le semmit, de mégis tartozik, mert az összes elem ékek példája.
Az ék a hat eszköz egyike, amelyet a tudomány egyszerű gépként ismer. Az ék mellett az egyszerű gépek közé tartozik a ferde sík, a csavar, a kerék és a tengely, a tárcsa és a kar. Egyes tudósok a hajtóművet hetedik bejegyzésnek tekintik, mások viszont a hajtóművet összetett gépnek tekintik, amely magában foglalja mind a kereket, mind a tengelyt és a kart.
Mi az az egyszerű gép?
Az egyszerű gép egy kezdetleges eszköz, amely megsokszorozza a rá ható erőt. Ez nem egy belső alkatrészekkel rendelkező eszköz, amelyhez áramforrás szükséges, például autómotor, de nem kevésbé fontos a való életben való munka szempontjából. Az egyszerű gépek már addig léteznek, amíg a civilizáció létezik, és akár azt is állíthatnád, hogy a az egyszerű gépek, például a kerék és az ék felfedezése az elsőben lehetővé tette a civilizációt hely.
Az egyszerű gép által kifejtett megnövekedett erő kompromisszuma az, hogy az erőt nagyobb távolságra kell alkalmazni. A gép mechanikai előnye a távolság arányához vezet, amelyet erőt gyakorol a távolságra a gép alkalmazza az erőt, és ez utóbbinak kisebbnek kell lennie, hogy a mechanikai előny nagyobb legyen, mint 1. Az olyan gép használata, amelynek mechanikai előnye kisebb, mint 1, ugyanolyan hasznos lenne, mint a távcső rossz oldalán átnézni.
Az ék mechanikai előnye
Az ék hasonló a kétoldalas lejtősíkhoz, de önmagában gépnek számít, mert mindig egy meghatározott célra használják, vagyis a dolgok szétválasztására. Minél élesebb az ék csúcsa és minél kíméletesebb az oldalának lejtése, annál nagyobb erőt ad az ék. Ezért a vékony pengéjű éles kés jobban vágható, mint a vastag pengéjű unalmas.
Matematikai szempontból az ék ideális mechanikai előnye (IMA) az a távolság, amelyet az ék behatol az általa hasított anyagba (D) a hasítás szélességéig (W):
IMA = D / W
Ez az ékerő-számítás, de nem használható arra, hogy közvetlenül kiszámítsa az ék által az adott anyagban kifejtett erőt, mert nem veszi figyelembe a súrlódást. A sajtot több súrlódással kell elvágni, mint a vajat, és a súrlódás ellensúlyozza az ék hajtóerejét.
A hajtóerő kiszámítása
Az ék ideális mechanikai előnyének felhasználásával kiszámíthatja az ék hegyére ható erőt (FT), ha ismeri az ékre kifejtett erőt (FA). A kapcsolat:
FT = (IMA) × FA = H / Sz × FA
Ez a kapcsolat azonban hiányos, mert nem tartalmazza az ékkel ellentétes súrlódási erőt. Ez az erő mind az ék, mind a hasítandó anyag súrlódási együtthatójától függ, tehát erősen változó. Ha az ék és az anyag közötti kinetikai súrlódási együttható µ, akkor a teljes súrlódási erő (Ff) ellenzi a mozgást:
Ff = µFN
Hol FN az ék és az anyag határán kifejtett normális erő. FN az ék szögétől függ.
Miután kiszámolta Ff, meghatározhatja az ék hegyével kifejtett erőt. Ez:
FT - Ff