რამდენ წონას იძენს ბოლქვი?

ამძრავი არ იყენებს საწვავს ან ელექტროენერგიას და ის არ მუშაობს თავისთავად, მაგრამ ის მაინც მანქანაა. არ არის მანქანა ისე, როგორც სიტყვა განისაზღვრება Merriam-Webster ლექსიკონით, მაგრამ მანქანა ისე, როგორც ინჟინრები განსაზღვრავენ სიტყვას: ”მარტივი მანქანები არის მოწყობილობები, რომელთა საშუალებითაც შეიძლება გავამრავლოთ ან გავზარდოთ ის ძალა, რომელსაც ჩვენ ვიყენებთ — ხშირად მანძილის ხარჯზე, რომლის საშუალებითაც ჩვენ ძალას ვხმარობთ ”.

მარტივი მანქანების ჩამონათვალში შედის ის ადამიანები, რომლებიც ყოველდღიურად იყენებენ, როგორიცაა ჩაქუჩები, ხრახნები და ხრახნები. ყველა ეს ხელსაწყო ექცევა მარტივი მანქანების ექვსი კლასიკური კატეგორიიდან ერთში. კატეგორიებია:

• ბორბალი და ღერძი
• რულეტი
• ბერკეტი
• დახრილი სიბრტყე
• ხრახნიანი
• სოლი

ზოგიერთი მეცნიერი ხრახნიანი და სოლი განიხილავს, როგორც სპეციალურ დახრილ სიბრტყეებს, რაც ამცირებს სიას ოთხ ჩანაწერამდე. თქვენ შეგიძლიათ ჩათვალოთ თუ არა ამძრავი, როგორც ბორბლისა და ღერძის განსაკუთრებული შემთხვევა და შეამციროთ სია სამ პუნქტამდე. რამდენი ელემენტიც არ უნდა იყოს სიაში, სამაგიეროდ, რგოლის კვალიფიკაციაა როგორც მანქანა.

მანქანას გამომავალი ძალის თანაფარდობა და ძალას, რომელსაც მას მიმართავთ, ცნობილია, როგორც მანქანა მექანიკური უპირატესობა (MA). მანქანა რომ იყოს მანქანა, გამომავალი ძალა უნდა იყოს უფრო დიდი ვიდრე შეყვანის ძალა, რაც ნიშნავს, რომ მექანიკური უპირატესობა ყოველთვის 1-ზე მეტი უნდა იყოს. რაც მეტია მექანიკური უპირატესობა, მით ნაკლები ძალა უნდა შევა მანქანაში, რომ ის მუშაობდეს.

თქვენ შეგიძლიათ გამოთვალოთ რულეტის სისტემის მექანიკური უპირატესობა გაანგარიშებით იმ ძალის გაანგარიშებით, რომელიც საჭიროა დატვირთვის გარკვეულ სიმაღლეზე აწევაზე პულიკის გარეშე (გამომავალი ძალა, F_ო) და შემდეგ გამოითვალეთ ძალა, რომელიც საჭიროა ამის გაკეთება რულეტით (შეყვანის ძალა F_მე). მექანიკური უპირატესობა არის გამომავალი ძალის თანაფარდობა შეყვანის ძალთან: MA = F_ო/ ფ_მე. რაც უფრო მცირეა შეყვანის ძალა გამომავალ ძალათან მიმართებაში, მით მეტია მექანიკური უპირატესობა.

მარტივი გრაგნილის სისტემისთვის, მისი მექანიკური უპირატესობის გაანგარიშება სასაცილოდ მარტივია. თქვენ უბრალოდ ითვლით თოკების რაოდენობას, რომლებიც დატვირთვას უჭერენ მხარს.

მას შემდეგ რაც გეცოდინებათ მექანიკური უპირატესობა, შეგიძლიათ გამოთვალოთ ძალა, რომელიც საჭიროა ცნობილი წონის ასაწევად. ძალა და წონა ერთსა და იმავეს ნიშნავს, ამიტომ მექანიკური უპირატესობის გამოთვლით თქვენ შეძლებთ გაარკვიოთ პულლეტის დატვირთვის შემცირება.

"მოიცადე", შენ ამბობ. "საიდან იცით, რომ მექანიკური უპირატესობა ტოლების რაოდენობას უდრის?" ამ კითხვაზე პასუხის გასაცემად, უნდა იცოდეთ რა მუშაობა არის და არა ისეთი სამუშაო, რასაც აკეთებთ თქვენს 9-დან 5 სამუშაოზე.

რაც შეეხება ფიზიკოსებს, თქვენ აკეთებთ მუშაობას (W) მანძილზე (D) მანძილზე ძალის (F) გამოყენებით. თქვენ გამოთვლით მუშაობას ძალის გამრავლებით მანძილზე:

W = F • დ.

სამუშაო ენერგეტიკას უკავშირდება და რადგან ბუნების ერთ-ერთი ფუნდამენტური კანონია ის, რომ ენერგია ყოველთვის ინახება, სამუშაო უნდა იყოს დაცული. თუ ძაბვის სისტემაში გამოყენებული ძალა ნაკლებია დატვირთვის ასამაღლებლად საჭირო ძალაზე, რაღაც უნდა შეიცვალოს, რომ თქვენი შესრულებული სამუშაოს ტოლი იყოს ტვირთის აწევაზე საჭირო სამუშაოს.

რაოდენობა, რომელიც იცვლება არის მანძილი. ნაკლებად იყენებთ დატვირთვის ასამაღლებლად ბორბლიანი სისტემის გამოყენებისას, მაგრამ უფრო მეტი თოკი უნდა გაიყვანოთ, რომ დატვირთვა აიღოთ კონკრეტულ სიმაღლეზე. თუ თქვენ გაქვთ ორმაგი საკინძავი სისტემა, ორჯერ მეტი თოკი უნდა გაიყვანოთ; სამჯერადი საკაბელო სისტემაში, თქვენ უნდა გაიყვანოთ სამჯერ მეტი და ა.შ. სინამდვილეში, ნებისმიერი ბორბლიანი სისტემისთვის შეგიძლიათ დაანგარიშოთ დამატებითი თოკის ოდენობა, რომელიც უნდა გაიყვანოთ დატვირთვის საყრდენი თოკების რაოდენობის დათვლით.

წონა და ძალა არ არის სხვადასხვა სიდიდე. ობიექტის წონა სხვა არაფერია თუ არა მასზე მიზიდული ძალა, ამიტომ ობიექტის აწევისას თქვენ უნდა მოახდინოთ გრავიტაციული ძალის ტოლი ძალა. თუ თქვენ გაქვთ ერთი საკაბელო სისტემა, ამძრავი საშუალებას გაძლევთ დაიწიოთ თოკზე ნაცვლად ზემოთ, რაც ნამდვილად უფრო ადვილია, მაგრამ იძულებითი მოქმედება ჯერ კიდევ ტოლია დატვირთვის წონა შენ ასწევ.

თუ პირველს ქვემოთ დაამატეთ გრაგნილი, ბაგირი შემოხვიეთ ორივე ბორბლის გარშემო და შეაჩერეთ დატვირთვა მეორე ბოლქვიდან, დატვირთვას ახლა ორი თოკით უჭერს მხარს. ამ ახალი, გაუმჯობესებული საკინძავი სისტემის მექანიკური უპირატესობა არის 2, და ეს ნიშნავს, რომ თქვენ მხოლოდ უნდა იმოქმედოთ ძალა, რომელიც ტოლია ტვირთის ნახევრის წონის რომ ასწიოს იგი. შეაჩერეთ მესამე ბოლქვიდან პირველიდან, გაახვიეთ თოკი ისე, რომ სამი თოკი აჩერებს დატვირთვას, ხოლო ძალა, რომელიც თქვენ უნდა დატვირთოთ ტვირთის აწევისთვის, მისი წონის მხოლოდ ერთი მესამედია.

ზოგადად შეიძლება ითქვას, რომ პულიკის დატვირთვის შემცირება არის დატვირთვის საყრდენის თოკების რაოდენობის საპასუხო პროცესია, მაგრამ პრაქტიკულ რულეტკის რამდენიმე სისტემას აქვს ოთხზე მეტი საბაგირო. შესაბამისად, პულიკის დატვირთვის მაქსიმალური შემცირება, რომელიც შეგიძლიათ გააცნობიეროთ, არის დატვირთვის წონის ერთი მეოთხედი. სინამდვილეში, დატვირთვის რეალური შემცირება ამაზე ოდნავ ნაკლებია, რადგან თქვენ უნდა გაითვალისწინოთ რულეტებში ხახუნის დროს.

ჩათვალეთ, რომ 200 კილოგრამიანი ადამიანის აყვანა შეგიძლიათ თვითონ, მაგრამ ეს თქვენი ძალოსნობის შესაძლებლობების ზღვარია. შეგიძლიათ შეიმუშაოთ ბორბლიანი სისტემა 2000 ფუნტიანი ავტომობილის ასამაღლებლად? ალბათ არა იმიტომ, რომ ოთხი პულლეის სისტემაც კი ამცირებს წონას მხოლოდ მეოთხედით და ეს მაინც 500 ფუნტია.

დავუშვათ, რომ შეგიძიათ წყვილი პულსის სისტემა და მოაწყოთ მეგობარი, რომელიც თქვენსავით ძლიერია, გაიყვანოს რომელიმე მათგანი. თქვენ ჯერ კიდევ გექნებოდათ უბედურება, მაგრამ ამის გაკეთება შეძლებთ, რადგან თითოეული ფრონტონის აწევა ასწრებდა ნახევარს, ანუ 1000 ფუნტს, ხოლო ამ წონის მეოთხედი არის 250 ფუნტი. თუ სამუშაოს მესამე ხრახნი და მესამე პირი დაამატეთ, თითოეულ ადამიანს მხოლოდ 167 ფუნტის ძალა უნდა გამოეწვია, რაც მათ შესაძლებლობებში შედის, ამიტომ ეს სისტემა მარტივად იმუშავებს.

საბაგიროს წონის კალკულატორი არ არის დამოკიდებული იმაზე, თუ რომელი წონა აიწევს პირველ რიგში თოკის გამოწევისთანავე, რადგან თუ ერთი ადამიანი დანარჩენ ორის გაკეთებამდე გაიყვანს, მანქანა არ მოძრაობს. სამივე ადამიანმა ერთდროულად უნდა გაიყვანოს დატვირთვა სწორად გაზიარებისთვის და წონა თანაბრად გაავრცელოს სამ უჯრაზე. როდესაც სამი ადამიანი ერთდროულად მუშაობს, ფაქტობრივად, მანქანას მხარს უჭერს 12 თოკი, რაც ქმნის ამძრავის სისტემის მექანიკური უპირატესობა 12 და ამცირებს სუფთა ძალას, რომელიც საჭიროა მანქანის ასასვლელად 2,000 ÷ 12 = 167 ფუნტი.