ბერკეტებისა და ბორბლების გამოყენების უპირატესობები

როდესაც ვინმე გთხოვს გაითვალისწინო ამანქანაXXI საუკუნეში ეს ვირტუალურია იმის გათვალისწინებით, რომ ნებისმიერი სურათი, რომელიც გადახტება თქვენს გონებაში, მოიცავს ელექტრონიკას (მაგ., ციფრული კომპონენტის მქონე ყველაფერს) ან თუნდაც ელექტროენერგიით მომუშავე რამეს.

თუ ვერ შეძლებთ, ვთქვათ, მე –19 საუკუნის ამერიკული დასავლეთის გაფართოებას წყნარი ოკეანისკენ, შეიძლება გაიხსენოთ ლოკომოტივის ორთქლის ძრავა, რომელიც იმ დღეებში მატარებლებს მუშაობდა - და წარმოადგენდა იმ დროის საინჟინრო ნამდვილ საოცრებას.

Რეალობაში,მარტივი მანქანებიარსებობდა ასობით და ზოგიერთ შემთხვევაში ათასობით წლის განმავლობაში, და არცერთი მათგანი არ საჭიროებს მაღალტექნოლოგიურ შეკრებას ან ენერგიას, იმის გარდა, რაც მათ ადამიანს ან ხალხს შეუძლია მიაწოდოს. ამ სხვადასხვა ტიპის მარტივი მანქანების მიზანი ერთია: დამატებით წარმოქმნასძალახარჯზემანძილირაღაც ფორმით (და შესაძლოა ცოტა დროც, მაგრამ ეს კანკალია).

თუ ეს ჯადოს ჟღერს შენთვის, ეს ალბათ იმიტომ ხდება, რომ ძალას აბნევენერგია,დაკავშირებული რაოდენობა. თუმცა მართალია, რომ სისტემაში ენერგიის ”შექმნა” არ შეიძლება ენერგიის სხვა ფორმების გარდა, ძალაში იგივე არ არის და ამის უბრალო მიზეზი და უფრო მეტიც გელით.

სანამ გაითვალისწინებთ იმას, თუ როგორ იყენებენ ობიექტებს სხვა ობიექტების გადასაადგილებლად, კარგია, რომ გავითვალისწინოთ ძირითადი ტერმინოლოგია.

მე -17 საუკუნეში ისააკ ნიუტონმა დაიწყო რევოლუციური მოღვაწეობა ფიზიკასა და მათემატიკაში, რომელთა ერთ-ერთი კულმინაცია იყო ნიუტონის მოძრაობის სამი ძირითადი კანონის შემოღება. აქედან მეორე ამბობს, რომ ქსელიძალამოქმედებს მასების დაჩქარების ან სიჩქარის შესაცვლელად:ვ_{წმინდა}= მა​.

• შეიძლება აჩვენოს, რომ დახურულ სისტემაშიწონასწორობა(ე.ი. იქ, სადაც არ ხდება სიჩქარის შეცვლა, რაც ხდება მოძრაობისას), ყველა ძალისა და ბრუნვის ჯამი (ძალების მოძრაობა ღერძის გარშემო) ნულოვანია.

როდესაც ძალა გადაადგილდება ობიექტი გადაადგილების მეშვეობით d,მუშაობაამბობენ, რომ გაკეთდა ამ ობიექტზე:

სამუშაოს ღირებულება დადებითია, როდესაც ძალა და გადაადგილება ერთ მიმართულებაშია, ხოლო უარყოფითი, როდესაც ის სხვა მიმართულებით არის. მუშაობას აქვს იგივე ერთეული, რაც ენერგიას, მრიცხველს (რომელსაც ჯოულასაც უწოდებენ).

ენერგია არის მატერიის თვისება, რომელიც მრავალმხრივ ვლინდება, როგორც მოძრავი, ისე „მოსვენების“ ფორმებით და მნიშვნელოვანია, რომ იგი დაცულია დახურულ სისტემებში ისევე, როგორც ძალა და იმპულსი (მასა გამრავლებული სიჩქარეზე) ფიზიკაში.

ცხადია, რომ ადამიანებმა უნდა გადაადგილდნენ ნივთებით, ხშირად დიდ მანძილზე. კარგია იმის შესაძლებლობა, რომ მანძილი მაღლა შევინარჩუნოთ, მაგრამ ძალუძს - რაც ადამიანის ძალას მოითხოვს, რაც წინა ინდუსტრიულ დროში მით უფრო აშკარა იყო - რატომღაც დაბალი. სამუშაო განტოლება ამის საშუალებას იძლევა; სამუშაოს მოცემული ოდენობისთვის მნიშვნელობა არ აქვს რა არის F და d ინდივიდუალური მნიშვნელობები.

როგორც ეს ხდება, ეს არის პრინციპი მარტივი მანქანების მიღმა, თუმცა ხშირად ეს არ არის მანძილი ცვლადის მაქსიმალურად გაზრდის იდეა. ექვსივე კლასიკური ტიპი (ბერკეტი,რულეტი,საჭე და ღერძი,დახრილი სიბრტყე,სოლიდახრახნიანი) გამოიყენება გამოყენებული ძალის შესამცირებლად მანძილის ფასად იმავე რაოდენობის სამუშაოს შესასრულებლად.

ტერმინი "მექანიკური უპირატესობა", ალბათ, უფრო მიმზიდველია, ვიდრე უნდა იყოს, რადგან ეს, როგორც ჩანს, გულისხმობს, რომ ფიზიკის სისტემები შეიძლება თამაშობდეს ენერგიის შესაბამისი შეტანის გარეშე მეტი სამუშაოს მოსაპოვებლად. (იმის გამო, რომ სამუშაოს ენერგიის ერთეულები აქვს და ენერგია დახურულ სისტემებში ინახება, როდესაც სამუშაო შესრულებულია, ეს მისია სიდიდე უნდა გაუტოლდეს ენერგიას, რაც მოძრაობაში ხდება.) სამწუხაროდ, ეს ასე არ არის, მაგრამმექანიკური უპირატესობა (MA)კვლავ გთავაზობთ შესანიშნავი სანუგეშო პრიზებს.

ახლა განვიხილოთ ორი დაპირისპირებული ძალა F₁ და ფ₂ მოქმედებს საყრდენი წერტილის შესახებ, ე.წ.საყრდენი წერტილი. ეს რაოდენობა,ბრუნვა, გამოითვლება უბრალოდ, როგორც ძალის სიდიდე და მიმართულება გამრავლებული საყრდენიდან L მანძილზე, ცნობილი როგორცბერკეტი​: ​T = F​​ლ. თუ ძალები F₁ და ფ₂ უნდა იყოს ბალანსი,თ₁სიდიდის ტოლი უნდა იყოსთ₂ან

ამის დაწერაც შეიძლებავ₂/ ფ₁ = ლ₁/ ლ₂. თუ ფ₁ არისშეყვანის ძალა(თქვენ, ვინმე სხვა ან სხვა მანქანა ან ენერგიის წყარო) და ვ₂ არისგამომავალი ძალა(აგრეთვე დატვირთვას ან წინააღმდეგობას უწოდებენ), მაშინ რაც უფრო მაღალია F2 და F1 თანაფარდობა, მით უფრო მაღალია სისტემის მექანიკური უპირატესობა, რადგან მეტი გამომავალი ძალა წარმოიქმნება შედარებით მცირედ შეყვანის ძალა.

Თანაფარდობავ₂/ ფ₁,ან შესაძლოა სასურველიავ_ო/ ფ_მე,არის განტოლება MA- სთვის. გაცნობითი ხასიათის პრობლემებში მას ჩვეულებრივ უწოდებენ იდეალურ მექანიკურ უპირატესობას (IMA), რადგან უგულებელყოფილია ხახუნის და ჰაერის გაჭიანურების შედეგები.

ზემოაღნიშნული ინფორმაციიდან ახლა თქვენ იცით, თუ რისგან შედგება ძირითადი ბერკეტი:საყრდენი წერტილი,ანშეყვანის ძალადადატვირთვა. შიშველი ძვლების ამგვარი მოწყობის მიუხედავად, ადამიანის ინდუსტრიაში ბერკეტები საოცრად მრავალფეროვანია. თქვენ ალბათ იცით, რომ თუ იყენებთ pry ბარს, რომ გადაადგილოთ ის, რაც რამდენიმე სხვა ვარიანტს გთავაზობთ, თქვენ გამოიყენეთ ბერკეტი. თქვენ ასევე გამოიყენეთ ბერკეტი, როდესაც პიანინოზე უკრავდით ან იყენებდით სტანდარტულ ნაკრებებს ფრჩხილების მოსაჭრელად.

ბერკეტების ფიზიკური განლაგების თვალსაზრისით შეიძლება „დაგროვება“ ისე, რომ მათი ინდივიდუალური მექანიკური უპირატესობები მთლიან სისტემაში კიდევ უფრო მეტს შეადგენდეს. ამ სისტემას უწოდებენ რთული ბერკეტს (და მას პარტნიორი აქვს პულიკის სამყაროში, როგორც ამას ნახავთ).

ეს არის მარტივი მანქანების გამრავლების ასპექტი, როგორც ინდივიდუალური ბერკეტებისა და ამძრავების შიგნით, ასევე მათ შორის რთული კომპოზიციებით განსხვავებული, რაც უბრალო მანქანებს თავის ტკივილის ღირსად აქცევს ზოგჯერ იწვევს.

აპირველი რიგის ბერკეტიაქვს საყრდენის ძალა და დატვირთვა. მაგალითად არის "დანახვა-ხერხი”სკოლის მოედანზე.

ამეორე რიგის ბერკეტიერთ ბოლოში აქვს საყრდენი წერტილი, ხოლო მეორეზე - ძალა, დატვირთვის შუალედში.ეტლიკლასიკური მაგალითია.

ამესამე რიგის ბერკეტი,მეორე რიგის ბერკეტის მსგავსად, ერთ ბოლოზე საყრდენი აქვს. მაგრამ ამ შემთხვევაში, დატვირთვა მეორე ბოლოშია და ძალა გამოიყენება სადღაც შუალედში. მრავალი სპორტული ინვენტარი, როგორიცაა ბეისბოლის ჯოხები, წარმოადგენს ამ კლასის ბერკეტს.

ბერკეტების მექანიკური უპირატესობა შეიძლება მანიპულირდეს რეალურ სამყაროში ნებისმიერი ასეთი სისტემის სამი საჭირო ელემენტის სტრატეგიული განთავსებით.

თქვენი სხეული დატვირთულია ურთიერთქმედების ბერკეტებით. ერთი მაგალითია bicep. ეს კუნთი ედება წინამხარს იდაყვში ("საყრდენი საყრდენი") და ნებისმიერი დატვირთვა, რომელსაც ხელი ატარებს. ეს ბიცეპტს მესამე რიგის ბერკეტად აქცევს.

თავისთავად ცხადია, ალბათ, რომ ხბოს კუნთი და აქილევსის მყესი ერთნაირად მოქმედებს, როგორც სხვადასხვა სახის ბერკეტი. სიარულისას და წინ მოძრავისას, თქვენი ფეხის ბურთი საყრდენი წერტილის როლს ასრულებს. კუნთი და მყესები ახდენს ზემოთ და წინ ძალას, ეწინააღმდეგება თქვენს სხეულის წონას. ეს არის მეორე რიგის ბერკეტის მაგალითი, მაგალითად, ბორბლიანი ბორბლის მსგავსი.

მანქანა, რომლის მასა 1000 კგ, ან 2,204 ფუნტი წონაა (წონა: 9,800 N), განთავსებულია ძალიან ხისტი, მაგრამ ძალიან მსუბუქი ფოლადის ჯოხის ბოლოს, საყრდენი წერტილით მოთავსებულია მანქანის მასის ცენტრიდან 5 მ. ადამიანი, რომელსაც აქვს 5 კგ მასა (110 ფუნტი) ამბობს, რომ მას შეუძლია თვითონ გაუწონასწორებს მანქანის წონას ჯოხის მეორე ბოლოს დგომით, რომელიც შეიძლება გაიზარდოს ჰორიზონტალურად, სანამ არის საჭიროა. რამდენად შორს უნდა იყოს იგი საყრდენის საყრდენის მისაღწევად?

ძალთა ბალანსი მოითხოვს, რომ F₁ლ₁ = ვ₂ლ₂, სადაც F1 = (50 კგ) (9,8 მ / წმ)²) = 490 N, F₂ = 9.800 N და L2 = 5. ამრიგად L1 = (9800) (5) / (490) =100 მ(ფეხბურთის მოედანზე ცოტა მეტი).

პლეი არის ერთგვარი მარტივი მანქანა, რომელიც, სხვათა მსგავსად, გამოიყენება სხვადასხვა ფორმით ათასობით წლის განმავლობაში. თქვენ ალბათ გინახავთ ისინი; ისინი შეიძლება იყოს ფიქსირებული ან მოძრავი, და შეიცავდეს თოკს ან საკაბელო ჭრილობას მბრუნავი წრიული დისკის გარშემო, რომელსაც აქვს ღარი ან კაბელის გვერდით გადაცდენის სხვა საშუალებები.

ბოლქვის მთავარი უპირატესობა არ არის ის, რომ ის ზრდის MA- ს, რომელიც რჩება 1-ის მნიშვნელობად მარტივი ბორბლებისთვის; ეს არის ის, რომ მას შეუძლია შეცვალოს მიმართული ძალის მიმართულება. ამას შეიძლება დიდი მნიშვნელობა არ ჰქონდეს, თუ სიმძიმე არ იქნებოდა შერეული, მაგრამ რადგან ეს ასეა, პრაქტიკულად, ადამიანის ინჟინერიის ყველა პრობლემა მოიცავს მის გარკვეულწილად ბრძოლას ან გამოყენებას.

რულეტი შეიძლება გამოყენებულ იქნას მძიმე საგნების ასამაღლებლად შედარებით მარტივად, რაც საშუალებას იძლევა ძალა გამოიყენოს იმავე მიმართულებით სიმძიმის მოქმედებებში - ჩამოწევა. ასეთ სიტუაციებში ასევე შეგიძლიათ გამოიყენოთ საკუთარი სხეულის მასა, რომ დატვირთვა აიმაღლოთ.

როგორც აღვნიშნეთ, ვინაიდან ყველა უბრალო ხრახნი არის ძალის მიმართულების შეცვლა, მისი სარგებლობა რეალურ სამყაროში, მართალია მნიშვნელოვანი, არ არის მაქსიმალური. სამაგიეროდ, გამოყენებული ძალების გასამრავლებლად შეიძლება გამოყენებულ იქნას სხვადასხვა რადიუსის მრავალჯერადი ამორტიზებული სისტემის სისტემები. ეს ხდება მარტივი თოკით, რაც უფრო მეტად ხდება საბაგირო, რადგან F_მე ეცემა როგორც დ იზრდება W– ის ფიქსირებული მნიშვნელობისთვის.

როდესაც მათ ჯაჭვში ერთ პულეს უფრო დიდი რადიუსი აქვს, ვიდრე მას, რომელიც მას მიჰყვება, ეს ქმნის მექანიკურ უპირატესობას ამ წყვილში, რომელიც პროპორციულია რადიუსის მნიშვნელობის სხვაობისა. ასეთი ღორების გრძელი მასა, რომელსაც ეწოდება aრთული რულეტი, შეუძლია ძალიან მძიმე ტვირთის გადაადგილება - უბრალოდ მოიტანეთ უამრავი თოკი!

ახლახან ჩამოსული ფიზიკის სახელმძღვანელოების კრატი, რომლის წონაა 3000 N, აძრობს დოკის მუშაკს, რომელიც 200 N ძალით ეწევა საკაბელო თოკზე. რა არის სისტემის მექანიკური უპირატესობა?

ეს პრობლემა მართლაც მარტივია, როგორც ჩანს;ვ_ო/ ფ_მე​ = 3,000/200 = ​15.0.საქმე იმაშია, რომ წარმოაჩინონ რა შესანიშნავი და ძლიერი გამოგონებებია მარტივი მანქანები, მიუხედავად მათი სიძველისა და ელექტრონული ბზიკის ნაკლებობისა.

თქვენ შეგიძლიათ მოაწყოთ თავი ონლაინ კალკულატორებით, რომლებიც საშუალებას მოგცემთ ექსპერიმენტოთ სხვადასხვა საშუალებებით ბერკეტის ტიპების თვალსაზრისით, ბერკეტის მკლავის სიგრძე, პულტის კონფიგურაცია და სხვა, ასე რომ თქვენ შეგიძლიათ გაეცნოთ პრაქტიკულ განცდას, თუ როგორ არის ამ ტიპის ნომრები პრობლემები თამაში. ასეთი მოსახერხებელი ინსტრუმენტის მაგალითი შეგიძლიათ იხილოთ რესურსებში.