როგორც წესი, თქვენ არ მიგაჩნიათ ხრახნიანი საჭე და ღერძი, მაგრამ ეს არის ის, რაც არის. ბორბალი და ღერძი ერთ – ერთი მარტივი მანქანაა, რომელიც მოიცავს ბერკეტებს, დახრილ სიბრტყეებს, სოლით, უჯრასა და ხრახნებს. ამ ყველაფრის საერთო არის ის, რომ ისინი საშუალებას გაძლევთ შეცვალოთ ძალა, რომელიც აუცილებელია ამოცანის შესასრულებლად, მანძილის შეცვლით, რომლის საშუალებითაც თქვენ იყენებთ ძალას.
საჭის და ღერძის მექანიკური უპირატესობის გაანგარიშება
უბრალო მანქანად კვალიფიკაციისთვის ბორბალი და ღერძი მუდმივად უნდა იყოს დაკავშირებული, ხოლო ბორბალს, განმარტებით, აქვს უფრო დიდი რადიუსირვიდრე ღერძის რადიუსირ. როდესაც ბორბალს აბრუნებ სრული რევოლუციის საშუალებით, ღერძი ასევე გადადის ერთი სრული რევოლუციით და ბორბალზე მყოფი წერტილი გადის 2π მანძილზერხოლო ღერძის წერტილი გადის მანძილს 2πრ.
Სამუშაოვთქვენ გააკეთებთ საჭესთან წერტილის გადაადგილებას სრული რევოლუციით, უდრის თქვენს მიერ გამოყენებულ ძალასვრ რამდენჯერმე გადადის წერტილი. სამუშაო ენერგიაა და ენერგია უნდა დაზოგოთ, ამიტომ, რადგან ღერძზე მყოფი წერტილი უფრო მცირე მანძილზე მოძრაობს, მასზე მოქმედი ძალავრ უფრო მეტი უნდა იყოს.
მათემატიკური ურთიერთობაა:
W = F_r × 2πr / \ theta = F_R × 2πR / \ თეტა
სადθარის ბორბლის შემობრუნების კუთხე.
Და, შესაბამისად:
\ frac {F_r} {F_R} = \ frac {R} {r}
როგორ გამოვთვალოთ ძალა მექანიკური უპირატესობის გამოყენებით
Თანაფარდობარ/რარის ბორბლისა და ღერძის სისტემის იდეალური მექანიკური უპირატესობა. ეს გეუბნებათ, რომ ხახუნის არარსებობის შემთხვევაში, ძალა, რომელსაც საჭეს მიმართავთ, იზრდება ფაქტორითრ/რღერძზე. ამისათვის თქვენ გადაიხადეთ საჭეზე გრძელი მანძილის წერტილის გადაადგილებით. მანძილის თანაფარდობა ასევერ/რ.
მაგალითი:დავუშვათ, რომ ფილიპსის ხრახნიანი მანქანით მართავთ ხრახნიანს, რომელსაც აქვს 4 სმ დიამეტრის სახელური. თუ ხრახნიანის წვერს აქვს 1 მმ დიამეტრი, რა არის მექანიკური უპირატესობა? თუ სახელურს 5 N ძალას მიმართავთ, რა ძალას მიმართავს ხრახნიანი ხრახნი?
პასუხი:Screwdriver სახელურის რადიუსია 2 სმ (20 მმ), ხოლო წვერის 0.5 მმ. ხრახნიანი მექანიკური უპირატესობაა 20 მმ / 0,5 მმ = 40. როდესაც სახელურს 5 N ძალას მიმართავთ, ხრახნიანი ხრახნიანი 200 N ძალას ახდენს.
ბორბლისა და ღერძის ზოგიერთი მაგალითი
როდესაც ხრახნიანი იყენებთ, ბორბალს შედარებით მცირე ძალას მიმართავთ, ხოლო ღერძი ამას ბევრად უფრო დიდ ძალად თარგმნის. მანქანების სხვა მაგალითები, რომლებიც ამას აკეთებენ, არის კარების ხრახნები, საცობები, წყლის ბორბლები და ქარის ტურბინები. გარდა ამისა, შეგიძლიათ გამოიყენოთ დიდი ძალა ღერძზე და ისარგებლოთ ბორბლის უფრო დიდი რადიუსით. ეს არის იდეა, რომელიც დგას ავტომობილებისა და ველოსიპედების შესახებ.
სხვათა შორის, ბორბლისა და ღერძის სიჩქარის თანაფარდობა დაკავშირებულია მის მექანიკურ უპირატესობასთან. გაითვალისწინეთ, რომ ღერძზე არსებული "a" წერტილი სრულ რევოლუციას ახდენს (2πრ) არის ამავე დროს, როდესაც ბორბალზე მომუშავე წერტილი "w" ახდენს რევოლუციას (2πრ). წერტილის სიჩქარევა არის 2πრ/ტ, და წერტილის სიჩქარევვ არის 2πრ/ტ. გამყოფივვ ავტორივა და საერთო ფაქტორების აღმოფხვრა შემდეგ ურთიერთობას იძლევა:
\ frac {V_w} {V_a} = \ frac {R} {r}
მაგალითი:რამდენად სწრაფად უნდა დატრიალდეს 6 დიუმიანი მანქანის ღერძი, რომ მანქანა 50 მეტრით წავიდეს, თუ ბორბლების დიამეტრი 24 ინჩია?
პასუხი:ბორბლის ყოველი რევოლუციით, მანქანა 2πრ= 2 × 3,14 × 2 = 12,6 ფუტი. მანქანა მოძრაობს 50 მილი / სთ, რაც უდრის 73.3 ფუტს წამში. ამიტომ, წამყვანი ქმნის 73,3 / 12,6 = 5,8 ბრუნვას წამში. ვინაიდან ბორბლისა და ღერძის სისტემის მექანიკური უპირატესობაა 24 ინჩი / 6 ინჩი = 4, ღერძი ქმნისწამში 23,2 რევოლუცია.