პრაქტიკულად ყველამ იცის რაბერკეტიარის, თუმცა ადამიანთა უმეტესობა შეიძლება გაკვირვდეს იმის გაგებით, თუ რამდენად ფართო სპექტრიამარტივი მანქანებიკვალიფიკაცია, როგორც ასეთი.
თავისუფლად რომ ვთქვათ, ბერკეტი არის ინსტრუმენტი, რომლის საშუალებითაც ხდება რაიმე ფხვიერი ”გასაღება” ისე, რომ ვერავინ მართოს სხვა არაამოძრავებელ აპარატს; ყოველდღიურ ენაზე ნათქვამია, რომ ვინც შეძლო სიტუაციის უნიკალური ფორმის მოპოვება, ამბობს, რომ აქვს "ბერკეტი".
გაცნობა ბერკეტების შესახებ და როგორ უნდა გამოვიყენოთ განტოლებები, რომლებიც ეხება მათ გამოყენებას, არის ერთ – ერთი ყველაზე სასარგებლო პროცესის შესავალი ფიზიკა. იგი მოიცავს ცოტა ძალის და ბრუნვის შესახებ, შემოაქვს კონტრ-ინტუიციური, მაგრამ გადამწყვეტი კონცეფციაძალების გამრავლებადა გირეკავთ იმ ძირითად კონცეფციებზე, როგორიცაა:მუშაობადა ენერგიის ფორმები გარიგებაში.
ბერკეტების ერთ-ერთი მთავარი უპირატესობა ის არის, რომ ისინი ადვილად "დალაგდებიან" ისე, რომ შექმნან მნიშვნელოვანიმექანიკური უპირატესობა. რთული ბერკეტის გამოთვლები ასახავს იმაზე, თუ რამდენად მძლავრი, მაგრამ თავმდაბალი შეიძლება იყოს კარგად შემუშავებული მარტივი მანქანების "ჯაჭვი".
ნიუტონის ფიზიკის საფუძვლები
ისააკ ნიუტონი(1642–1726), გარდა იმისა, რომ მათ მიეკუთვნება მათემატიკური დისციპლინის ერთობლივი გამოგონება გამოთვლა, გაფართოვდა გალილეო გალილეის მუშაობაში, რათა განვითარდეს ფორმალური ურთიერთობები ენერგიასა და მოძრაობა კერძოდ, მან შესთავაზა, სხვა საკითხებთან ერთად, რომ:
ობიექტები ეწინააღმდეგებიან მათი სიჩქარის ცვლილებას მათი მასის პროპორციული გზით (ინერციის კანონი, ნიუტონის პირველი კანონი);
სიდიდე ე.წ.ძალამოქმედებს მასებზე სიჩქარის შესაცვლელად, პროცესს ე.წ.აჩქარება (F = მა, ნიუტონის მეორე კანონი);
სიდიდე ე.წ.იმპულსი, მასისა და სიჩქარის პროდუქტი, გამოთვლებში ძალიან სასარგებლოა იმით, რომ იგი შენარჩუნებულია (ანუ მისი საერთო რაოდენობა არ იცვლება) დახურულ ფიზიკურ სისტემებში. სულენერგიაასევე დაცულია.
ამ ურთიერთობების მთელი რიგი ელემენტების გაერთიანება იწვევს კონცეფციასმუშაობა, რომელიცმანძილი გამრავლებული ძალა:
W = Fx
სწორედ ამ ობიექტივიდან იწყება ბერკეტების შესწავლა.
მარტივი მანქანების მიმოხილვა
ბერკეტები მიეკუთვნება მოწყობილობების კლასს, რომელსაც ეწოდებამარტივი მანქანები, რომელიც ასევე მოიცავსგადაცემათა კოლოფი, უჯრები, დახრილი თვითმფრინავები, სოლიდახრახნები. (თვით სიტყვა "მანქანა" ბერძნული სიტყვიდან მომდინარეობს, რაც ნიშნავს "დახმარების გაადვილებას.")
ყველა უბრალო მანქანას აქვს ერთი თვისება: ისინი მრავლდებიან ძალზე მანძილის ხარჯზე (და დამატებული მანძილი ხშირად ჭკვიანურად იმალება). ენერგიის დაზოგვის კანონი აცხადებს, რომ არცერთ სისტემას არ შეუძლია არაფრისგან შექმნას სამუშაო, მაგრამ მაშინაც კი, თუ W მნიშვნელობის შეზღუდვა ხდება, განტოლების დანარჩენი ორი ცვლადი არ არის.
უბრალო მანქანის ინტერესის ცვლადი არის მისიმექანიკური უპირატესობა, რაც მხოლოდ გამომავალი ძალის თანაფარდობაა შეყვანის ძალთან:
MA = \ frac {F_o} {F_i}
ხშირად, ეს რაოდენობა გამოიხატება შემდეგნაირადიდეალური მექანიკური უპირატესობა, ან IMA, რაც არის მექანიკური უპირატესობა, რომელსაც მანქანა სარგებლობს, თუ არა ხახუნის ძალები.
ბერკეტის საფუძვლები
მარტივი ბერკეტი არის ერთგვარი მყარი ჯოხი, რომელიც თავისუფლად შეიძლება იქცეს ფიქსირებული წერტილის გარშემოსაყრდენი წერტილითუ ბერკეტზე შეიტანება ძალები. საყრდენი წერტილი შეიძლება განთავსდეს ბერკეტის სიგრძის ნებისმიერ მანძილზე. თუ ბერკეტი განიცდის ძალებს ბრუნვის სახით, რომლებიც არიან ღერძის გარშემო მოქმედი ძალები როტაცია, ბერკეტი არ იმოძრავებს იმ პირობით, თუ ჯოხზე მოქმედი ძალების (ბრუნვების) ჯამი ნულოვანია.
ბრუნვა არის გამოყენებული ძალის პროდუქტი პლუს მანძილი საყრდენიდან. ამრიგად, ერთი ბერკეტისგან შემდგარი სისტემა ექვემდებარება ორ ძალასვ1დავ2დისტანციებზე x1 და x2 საყრდენი წერტილიდან არის წონასწორობა, როდესაცვ1x1 = ვ2x2.
- F და x პროდუქტს ეწოდება aმომენტი, რაც არის ნებისმიერი ძალა, რომელიც აიძულებს ობიექტს, დაიწყოს გარკვეულწილად ბრუნვა.
სხვა მართებულ ინტერპრეტაციებთან ერთად, ეს ურთიერთობა ნიშნავს, რომ ძლიერი ძალა, რომელიც მოქმედებს მოკლე მანძილზე, შეიძლება ზუსტად იყოს გაწონასწორებული (ხახუნის გამო ენერგიის დაკარგვა არ ვთქვათ) უფრო გრძელი მანძილით მოქმედი სუსტი ძალის მიერ და პროპორციულად მანერა
ბრუნვა და მომენტები ფიზიკაში
მანძილი საყრდენიდან იმ წერტილამდე, სადაც ბერკეტზე ძალა ხორციელდება, ცნობილია, როგორცბერკეტი,ანმომენტალური მკლავი. (ამ განტოლებებში ის გამოხატულია "x" - ის გამოყენებით ვიზუალური სიმარტივისთვის; სხვა წყაროებში შეიძლება გამოყენებულ იქნეს მცირე ასოები "ლ.")
ბრუნვები არ უნდა იმოქმედონ ბერკეტების სწორი კუთხით, თუმცა მოცემული გამოყენებული ძალისთვის ეს უფლებაა (ეს არის 90 °) კუთხე იძლევა მაქსიმალურ ძალას, რადგან გარკვეულწილად რომ ვთქვათ, შეცვალოს 90 ° = 1.
იმისათვის, რომ ობიექტი წონასწორობაში იყოს, ამ ობიექტზე მოქმედი ძალებისა და ბრუნვების ჯამები უნდა იყოს ნულოვანი. ეს ნიშნავს, რომ საათის ისრის ბრუნვის ბალანსი ზუსტად უნდა იყოს დაბალანსებული საათის ისრის საწინააღმდეგო ბრუნვით.
ტერმინოლოგია და ბერკეტის ტიპები
ჩვეულებრივ, ბერკეტზე ძალის გამოყენების იდეა არის რაიმეს გადაადგილება საიმედო ორმხრივი კომპრომისის გამოყენებით "ძალასა და ბერკეტს შორის". ძალას, რომლის წინააღმდეგობასაც ცდილობთ, ეწოდებაწინააღმდეგობის ძალა, და თქვენი საკუთარი შეყვანის ძალა ცნობილია როგორცძალისხმევა. ამრიგად, თქვენ შეიძლება წარმოიდგინოთ გამომავალი ძალა, როგორც წინააღმდეგობის ძალის მნიშვნელობის მიღწევა იმ მომენტში, როდესაც ობიექტი იწყებს ბრუნვას (ანუ, როდესაც წონასწორობის პირობები აღარ არის შესრულებული).
სამუშაოს, ძალსა და მანძილს შორის არსებული ურთიერთობების წყალობით, MA შეიძლება ასე გამოითქვას
MA + \ frac {F_r} {F_e} = \ frac {d_e} {d_r}
სადაც დე არის მანძილი, რომელიც მოძრაობს მკლავის მკლავი (როტაციულად) და დრ არის მანძილი, რომელიც მოძრაობს წინააღმდეგობის ბერკეტის მკლავი.
შემოდიან ბერკეტებისამი ტიპი.
- Პირველი შეკვეთა:საყრდენის ძალისხმევა და წინააღმდეგობაა (მაგალითად: "ხერხი").
- მეორე რიგის: ძალისხმევა და წინააღმდეგობა საყრდენის იმავე მხარესაა, მაგრამ საპირისპირო მიმართულებით მიემართება, ძალისხმევა კი საყრდენიდან უფრო შორს (მაგალითად: ბორბლიანი ბორბალი).
- მესამე რიგის:ძალისხმევა და წინააღმდეგობა საყრდენის იმავე მხარესაა, მაგრამ საპირისპირო მიმართულებით მიემართება, ხოლო დატვირთვა საყრდენიდან უფრო შორს არის (მაგალითად: კლასიკური კატაპულტი).
რთული ბერკეტის მაგალითები
ართული ბერკეტიეს არის ბერკეტების სერია, რომლებიც მოქმედებენ შეთანხმებულად, ისეთი, რომ ერთი ბერკეტის გამომავალი ძალა ხდება მომდევნო ბერკეტის შეყვანის ძალა, რაც საბოლოოდ იძლევა ძალების გამრავლების უზარმაზარ ხარისხს.
საფორტეპიანო კლავიშები წარმოადგენს ბრწყინვალე შედეგების ერთ მაგალითს, რომელიც შეიძლება წარმოიშვას ისეთი მანქანებისგან, რომლებსაც აქვთ რთული ბერკეტები. ვიზუალიზაციის უფრო მარტივი მაგალითია ფრჩხილების საკრეჭების ტიპიური ნაკრები. ამით თქვენ ძალას ატარებთ სახელურს, რომელიც ხრახნის წყალობით ორ ლითონის ნაწილს აყალიბებს. სახელური ამ ხრახნით უერთდება ლითონის ზედა ნაწილს, ქმნის ერთ საყრდენ ადგილს, ხოლო ორ ნაჭერს მეორე საყრდენი უერთდება მოპირდაპირე ბოლოს.
გაითვალისწინეთ, რომ სახელურს ძალას მიმართავთ, ის ბევრად უფრო შორს (თუ მხოლოდ დიუმიანი ან ასე მეტი) მოძრაობს ვიდრე ორი მკვეთრი კლიპერის ბოლოები, რომლებსაც მხოლოდ რამდენიმე მილიმეტრის გადაადგილება სჭირდება, რომ ერთმანეთთან ახლოს დაიხუროს და გააკეთოს ისინი სამუშაო. თქვენს მიერ გამოყენებული ძალა ადვილად მრავლდება დრ ისეთი პატარა.
ბერკეტის მკლავის ძალის გაანგარიშება
50 ნიუტონის (N) ძალას მიმართავენ საათის ისრის მიმართულებით საყრდენი სადგურიდან 4 მეტრის დაშორებით. რა ძალა უნდა გამოიყენოს 100 მ მანძილზე საყრდენის მეორე მხარეს ამ დატვირთვის დასაბალანსებლად?
აქ დანიშნეთ ცვლადები და ჩამოაყალიბეთ მარტივი პროპორცია. ვ1= 50 N, x1 = 4 მ და x2 = 100 მ
თქვენ იცით, რომ ფ1x1 = ვ2x2, ისე
x_2 = \ frac {f_1x_1} {F_2} = \ frac {50 \ ჯერ 4} {100} = 2 \ ტექსტი {N}
ამრიგად, მხოლოდ მცირე ძალაა საჭირო წინააღმდეგობის დატვირთვის შესამცირებლად, თუ თქვენ მზად იქნებით ფეხზე დადგეთ საფეხბურთო მოედნის სიგრძე, რომ დასრულდეს ეს!