Kā aprēķināt sviras un sviras

Praktiski visi zina, ko asvirair, lai gan lielākā daļa cilvēku varētu būt pārsteigti, uzzinot, cik plašsvienkāršas mašīnaskvalificējami kā tādi.

Vārdu sakot, svira ir rīks, ko izmanto, lai kaut ko brīvu "izspīlētu" tādā veidā, ko neviens cits nemotorizēts aparāts nevar pārvaldīt; ikdienas valodā tiek teikts, ka kādam, kam ir izdevies iegūt unikālu varas pār situāciju situāciju, piemīt "sviras".

Mācīšanās par svirām un to, kā pielietot vienādojumus, kas attiecas uz to lietošanu, ir viens no ienesīgākajiem procesiem, ko piedāvā fizikas ievads. Tas ietver mazliet par spēku un griezes momentu, ievieš pretin intuitīvu, bet izšķirošu jēdzienuspēku pavairošanaun izsauc jūs tādiem pamatjēdzieniem kādarbsun enerģijas formas darījumā.

Viena no galvenajām sviru priekšrocībām ir tā, ka tās var viegli "sakraut" tādā veidā, lai radītu ievērojamumehāniska priekšrocība. Salikto sviru aprēķini palīdz ilustrēt, cik jaudīga, tomēr pazemīga var būt labi izveidota vienkāršu mašīnu "ķēde".

​

Objekti pretojas to ātruma izmaiņām proporcionāli to masai (inerces likums, Ņūtona pirmais likums);

Sauktais daudzumsspēksiedarbojas uz masām, lai mainītu ātrumu, procesu saucpaātrinājums​ (​F = ma, Ņūtona otrais likums);

Sauktais daudzumsimpulss, masas un ātruma reizinājums, ir ļoti noderīgs aprēķinos, jo tas tiek saglabāts (t.i., tā kopējais daudzums nemainās) slēgtās fiziskajās sistēmās. Kopāenerģijair arī konservēts.

Apvienojot vairākus šo attiecību elementus, rodas jēdziensdarbs, kurš irspēks reizināts ar attālumu​:

Caur šo objektīvu sākas sviru izpēte.

Sviras pieder ierīču klasei, kas pazīstama kāvienkāršas mašīnas, kas ietver arīzobrati, skriemeļi, slīpas plaknes, ķīļiunskrūves. (Vārds "mašīna" pats cēlies no grieķu valodas vārda, kas nozīmē "palīdzēt atvieglot".)

Visām vienkāršajām mašīnām ir viena iezīme: tās reizina spēku uz attāluma rēķina (un pievienotais attālums bieži tiek gudri paslēpts). Enerģijas saglabāšanas likums apstiprina, ka neviena sistēma nevar "radīt" darbu no nekā, bet, pat ja W vērtība ir ierobežota, pārējie divi vienādojuma mainīgie nav.

Intereses mainīgais vienkāršajā mašīnā ir tāmehāniska priekšrocība, kas ir tikai izejas spēka attiecība pret ieejas spēku:

Bieži vien šo daudzumu izsaka kāideāla mehāniskā priekšrocība, vai IMA, kas ir mehāniskā priekšrocība, ko mašīna varētu baudīt, ja nebūtu berzes spēku.

Vienkārša svira ir kaut kāda veida cieta stienis, kas var brīvi grozīties ap fiksētu punktu, ko sauc par aatbalsta punktsja spēki tiek iedarbināti uz sviru. Atbalsta punkts var atrasties jebkurā attālumā visā sviras garumā. Ja svira piedzīvo spēkus griezes momentu veidā, kas ir spēki, kas darbojas ap rotāciju, svira nepārvietosies, ja uz stieni iedarbojošos spēku (griezes momentu) summa ir nulle.

Griezes moments ir pieliktā spēka plus attāluma no atbalsta punkta reizinājums. Tādējādi sistēma sastāv no vienas sviras, kas pakļauta diviem spēkiemF₁unF₂attālumos x₁ un x₂ no atbalsta punkta atrodas līdzsvarā, kadF​_​1​x₁ = ​F​_​2​x₂.

• F un x reizinājumu sauc par abrīdi, kas ir jebkurš spēks, kas liek objektam kaut kādā veidā sākt griezties.

Starp citām derīgām interpretācijām šīs attiecības nozīmē, ka spēcīgs spēks, kas darbojas nelielā attālumā, var būt precīzi līdzsvaro (pieņemot, ka berzes dēļ nav enerģijas zudumu) ar vājāku spēku, kas darbojas lielākā attālumā un proporcionāli veidā.

Attālums no atbalsta punkta līdz punktam, kurā spēks tiek iedarbināts uz sviru, ir pazīstams kāsviras svira,vaimirkļa roka. (Šajos vienādojumos tas ir izteikts, izmantojot vizuālo vienkāršību "x"; citos avotos var izmantot mazos burtus "l".)

Griezes momentiem nav jārīkojas taisnā leņķī pret svirām, lai gan jebkuram pielietotajam spēkam ir tiesības (tas ir, 90 °) leņķis dod maksimālu spēka daudzumu, jo, vienkārši runājot par lietu, grēks ir 90 ° = 1.

Lai objekts būtu līdzsvarā, uz šo objektu darbojošos spēku un griezes momentu summām abām jābūt nullei. Tas nozīmē, ka visiem griezes momentiem pulksteņrādītāja kustības virzienā jābūt līdzsvarotiem tieši pretēji pulksteņrādītāja kustības virzienam.

Parasti ideja par spēka pielietošanu svirai ir kaut ko pārvietot, "piesaistot" nodrošināto divvirzienu kompromisu starp spēku un sviru. Spēku, kuram mēģināt iebilst, sauc parpretestības spēks, un jūsu paša ievadītais spēks ir pazīstams kāpiepūles spēks. Tādējādi jūs varat domāt par izejas spēku kā pretestības spēka vērtības sasniegšanu brīdī, kad objekts sāk griezties (t.i., kad līdzsvara nosacījumi vairs netiek izpildīti.

Pateicoties attiecībām starp darbu, spēku un attālumu, MA to var izteikt kā

Kur d_e ir attālums, kādā kustības roka pārvietojas (runājot rotācijas virzienā), un d_r ir attālums, kad pretestības sviras roka pārvietojas.

Ienāk svirastrīs veidi​.

• ​Pirmais pasūtījums:Atbalsta punkts ir starp piepūli un pretestību (piemērs: "redz-zāģis").
• ​Otrās kārtas: Pūles un pretestība atrodas vienā un tajā pašā atbalsta punkta pusē, bet ir vērstas pretējos virzienos, ar piepūli tālāk no atbalsta punkta (piemērs: ķerra).
• ​Trešā kārta:Pūles un pretestība ir vienā un tajā pašā atbalsta punkta pusē, bet ir vērstas pretējos virzienos, slodzei atrodoties tālāk no atbalsta punkta (piemērs: klasiska katapulta).

Asalikta svirair sviru sērija, kas darbojas saskaņoti tā, ka vienas sviras izejas spēks kļūst par nākamās sviras ieejas spēku, tādējādi galu galā ļaujot milzīgu spēka reizināšanas pakāpi.

Klavieru taustiņi ir viens no izcilo rezultātu piemēriem, ko var iegūt, būvējot mašīnas, kurās ir saliktas sviras. Vieglāks piemērs vizualizēšanai ir tipisks nagu griezēju komplekts. Izmantojot šos, jūs pieliekat spēku rokturim, kas, pateicoties skrūvei, savelk divus metāla gabalus. Rokturis ir savienots ar augšējo metāla gabalu ar šo skrūvi, izveidojot vienu atbalsta punktu, un abus gabalus pretējā galā savieno otrais atbalsta punkts.

Ņemiet vērā, ka, pieliekot spēku rokturim, tas pārvietojas daudz tālāk (ja tikai collu vai vairāk) nekā divi asi griezēja gali, kuriem jāpieliek tikai pāris milimetri, lai aizvērtos un izdarītu savu darbs. Jūsu pielietotais spēks ir viegli reizināms, pateicoties d_r būdams tik mazs.

4 metru (m) attālumā no atbalsta punkta pulksteņrādītāja kustības virzienā tiek iedarbināts 50 ņūtonu (N) spēks. Kāds spēks jāpieliek 100 m attālumā otrā atbalsta punktā, lai līdzsvarotu šo slodzi?

Šeit piešķiriet mainīgos un iestatiet vienkāršu proporciju. F₁= 50 N, x₁ = 4 m un x₂ = 100 m.

Jūs zināt, ka F₁x₁ = F₂x₂, tātad

Tādējādi, lai kompensētu pretestības slodzi, ir vajadzīgs tikai niecīgs spēks, ja vien jūs esat gatavs nostāvēt futbola laukuma garumā, lai to paveiktu!