ナイフ、画鋲、ノミの共通点は何ですか？ それらがすべて鋭く、物事を切り取ったり突き刺したりできると思うなら、あなたは部分的に正しいですが、今度はリストにドアストップを追加します。 特にシャープではなく、何もカットできませんが、すべてのアイテムがくさびの例であるため、それでも属しています。
のくさびは、科学で単純機械として知られている6つのデバイスの1つです。 くさびの他に、単純な機械には傾斜面、ねじ、車輪と車軸、滑車とレバーが含まれます。 一部の科学者はギアを7番目のエントリとして含めていますが、他の科学者はギアをホイールと車軸の両方に加えてレバーを組み込んだ複雑な機械と見なしています。
単純機械とは何ですか？
単純な機械は、それに加える力を倍増させる基本的な装置です。 自動車のエンジンのように電源を必要とする内部部品を備えた装置ではありませんが、現実の世界で仕事をする上でそれほど重要ではありません。 文明が存在する限り、単純な機械は存在していました、そしてあなたはそれを主張することさえできます ホイールやウェッジなどの単純な機械の発見により、最初の文明が可能になりました 場所。
単純な機械によって加えられる力の増加とのトレードオフは、より長い距離にわたって力を加えなければならないということです。 機械の機械的倍率は、距離に力を加える距離の比率に要約されます。 機械は力を加えます、そして後者は機械的倍率がより大きくなるために小さくなければなりません 1. 機械的倍率が1未満の機械を使用すると、望遠鏡の反対側を見るのと同じくらい便利です。
ウェッジのメカニカルアドバンテージ
くさびは両面傾斜面に似ていますが、物事を分割するという特定の目的で常に使用されるため、それ自体が機械であると見なされます。 くさびの先端が鋭く、側面の傾斜が緩やかであるほど、くさびはより大きな力を発揮します。 そのため、薄い刃の鋭いナイフは、厚い刃の鈍いナイフよりも切断に適しています。
数学的に言えば、ウェッジの理想的なメカニカルアドバンテージ（IMA）は、ウェッジが分割する材料に浸透する距離の比率です（D）分割の幅に（W):
IMA = D / W
これはくさび力の計算ですが、摩擦が考慮されていないため、特定の材料でくさびによって加えられる力を直接計算するために使用することはできません。 バターを切るよりもチーズを切る摩擦が多く、摩擦がくさびの駆動力を相殺するように作用します。
推進力の計算方法
くさびの理想的なメカニカルアドバンテージを使用して、くさびの先端にかかる力を計算できます（FT）ウェッジに加えられる力がわかっている場合（FA). 関係は次のとおりです。
FT =（IMA）×FA = D / W×FA
ただし、この関係には、くさびに対抗する摩擦力が含まれていないため、不完全です。 この力は、くさびとそれが分割する材料の両方の摩擦係数に依存するため、非常に変動します。 くさびと材料の間の動摩擦係数がµの場合、総摩擦力（Ff）反対運動は次のとおりです。
Ff = µFN
どこ FN くさびと材料の境界に作用する法線力です。 FN くさびの角度に依存します。
計算したら Ff、ウェッジの先端によって加えられる力を決定できます。 それは：
FT -Ff