Skriemelis neizmanto degvielu vai elektrību, un tas nedarbojas pats par sevi, bet tas joprojām ir mašīna. Ne mašīna tādā veidā, kā vārdu definē Merriam-Webster vārdnīca, bet gan mašīna tādā veidā, kā inženieri definē vārdu: "Vienkāršas mašīnas ir ierīces, kuras var izmantot, lai reizinātu vai palielinātu mūsu pielietoto spēku — bieži uz tā attāluma rēķina, caur kuru mēs pieliekam spēku. "
Katrai mašīnai ir mehāniska priekšrocība
Vienkāršo mašīnu sarakstā ir preces, kuras cilvēki lieto katru dienu, piemēram, āmuri, skrūvgrieži un durvju rokturi. Visi šie agregāti ietilpst vienā no sešām klasiskajām vienkāršo mašīnu kategorijām. Kategorijas ir:
- Ritenis un ass
- Piedziņas skriemelis
- Svira
- Slīpa plakne
- Skrūve
- Ķīlis
Daži zinātnieki skrūvi un ķīli uzskata par īpašiem slīpu plakņu veidiem, kas samazina sarakstu līdz četriem ierakstiem. Jūs pat varat uzskatīt skriemeļu par īpašu riteņa un ass gadījumu un samazināt sarakstu līdz trim vienībām. Neatkarīgi no tā, cik daudz vienību ir sarakstā, skriemeļa kvalifikācija ir mašīna.
Mašīnas izejas spēka attiecība pret spēku, kuru tam pieliekat, ir pazīstama kā mašīnas mehāniska priekšrocība (MA). Lai mašīna būtu mašīna, izejas spēkam jābūt lielākam par ieejas spēku, kas nozīmē, ka mehāniskajai priekšrocībai vienmēr jābūt lielākai par 1. Jo lielāka mehāniskā priekšrocība, jo mazāks spēks jums jāievada mašīnā, lai tā darbotos.
Skriemeļu sistēmas mehāniskais ieguvums
Jūs varat aprēķināt skriemeļu mehāniskās priekšrocības, aprēķinot spēku, kas nepieciešams, lai krava tiktu pacelta līdz noteiktam augstumam bez skriemeļa (izejas spēks, FO) un pēc tam aprēķina spēku, kas vajadzīgs, lai to izdarītu ar skriemeļu (ieejas spēks FEs). Mehāniskā priekšrocība ir izejas spēka attiecība pret ieejas spēku: MA = FO/ FEs. Jo mazāks ieejas spēks ir attiecībā pret izejas spēku, jo lielāka ir mehāniskā priekšrocība.
Vienkāršai skriemeļu sistēmai ir smieklīgi viegli aprēķināt tās mehānisko priekšrocību. Jūs vienkārši saskaitāt trošu skaitu, kas atbalsta slodzi.
Tiklīdz jūs zināt mehāniskās priekšrocības, varat aprēķināt nepieciešamo spēku, lai paceltu zināmu svaru. Spēks un svars nozīmē to pašu, tāpēc, aprēķinot mehānisko priekšrocību, varēsiet noskaidrot skriemeļa slodzes samazinājumu.
Lai iegūtu mehānisku priekšrocību, jums jāvelk vairāk auklas
"Pagaidiet," jūs sakāt. "Kā jūs zināt, ka mehāniskā priekšrocība ir vienāda ar trošu skaitu?" Lai atbildētu uz šo jautājumu, jums jāzina, kas darbs ir, nevis tāds darbs, kādu veicat 9 līdz 5 darbā.
Ciktāl tas attiecas uz fiziķiem, jūs veicat darbu (W), pieliekot spēku (F) attālumā (d). Jūs aprēķināt darbu, reizinot spēku ar attālumu:
W = F • d.
Darbs ir saistīts ar enerģiju, un, tā kā viens no būtiskākajiem dabas likumiem ir tas, ka enerģija vienmēr tiek saglabāta, darbs ir jāsaglabā. Ja skriemeļu sistēmai pieliktais spēks ir mazāks par slodzes celšanai nepieciešamo spēku, kaut kas jāmaina, lai padarītā darba apjoms būtu vienāds ar slodzes pacelšanai nepieciešamo darbu.
Mainīgais lielums ir attālums. Izmantojot skriemeļu sistēmu, jūs pieliekat mazāk spēka, lai paceltu kravu, taču, lai paceltu kravu līdz noteiktam augstumam, jums jāvelk vairāk auklas. Ja jums ir dubultā skriemeļu sistēma, jums jāvelk divreiz vairāk virves; trīskāršu skriemeļu sistēmā jums jāvelk trīs reizes vairāk utt. Faktiski jebkurai skriemeļu sistēmai varat aprēķināt papildu virves daudzumu, kas jums jāvelk, saskaitot virvju skaitu, kas atbalsta slodzi.
Svara, spēka un skriemeļa slodzes samazināšana
Svars un spēks nav atšķirīgi lielumi. Objekta svars nav nekas cits kā spēks, ko uz to iedarbina gravitācija, tāpēc, paceļot objektu, jums jāpieliek spēks, kas vienāds ar gravitācijas spēku. Ja jums ir viena skriemeļu sistēma, skriemelis ļauj nolaist virvi nevis uz augšu, kas noteikti ir vieglāk, taču piespiest jūs izdarīt joprojām ir vienāds ar kravas svars jūs pacelat.
Ja jūs pievienojat skriemeļu zem pirmā, apvelciet virvi ap abiem skriemeļiem un apturiet slodzi no otrā skriemeļa, slodzi tagad atbalsta divas virves. Tāpēc šīs jaunās, uzlabotās skriemeļu sistēmas mehāniskā priekšrocība ir 2, un tas nozīmē, ka jums ir jāpieliek tikai pūles spēks, kas vienāds ar pusi no slodzes svara lai to paceltu. Apturiet trešo skriemeļu no pirmā, cilpojiet virvi cauri tā, lai trīs virves apturētu slodzi, un spēks, kas jums jāpieliek, lai paceltu kravu, ir tikai viena trešdaļa no tā svara.
Jūs vispār varētu teikt, ka trīša slodzes samazināšana ir abpusējs slodzi atbalstošo trošu skaitam, taču dažām praktiskām skriemeļu sistēmām ir vairāk nekā četras troses. Līdz ar to maksimālais trīša slodzes samazinājums, ko jūs varat saprast, ir viena ceturtdaļa slodzes svara. Patiesībā faktiskais slodzes samazinājums ir nedaudz mazāks, jo jums jāņem vērā berze skriemeļos.
Piedziņas skalas kalkulatora piemērs
Pieņemsim, ka jūs varat pacelt 200 mārciņu cilvēku pats, bet tas ir jūsu svarcelšanas spēju ierobežojums. Vai jūs varētu izdomāt skriemeļu sistēmu, lai paceltu 2000 mārciņu lielu automašīnu? Droši vien ne tāpēc, ka pat četru skriemeļu sistēma samazinātu svaru tikai par ceturtdaļu, un tas joprojām ir 500 mārciņas.
Pieņemsim, ka jūs varētu uzvilkt pāris skriemeļu sistēmas un iegūt draugu, kurš ir tikpat spēcīgs kā jūs, lai izvilktu vienu no tiem. Jums joprojām būtu nepatikšanas, bet jūs, iespējams, varētu to izdarīt, jo katrs skriemelis paceltu pusi svara jeb 1000 mārciņas, un ceturtdaļa no šī svara ir 250 mārciņas. Ja jūs darbam pievienotu trešo trīsi un trešo personu, katram cilvēkam būtu jāpieliek tikai 167 mārciņas spēka, kas ir viņu iespēju robežās, tāpēc šī sistēma darbotos viegli.
Trīša svara kalkulators nav atkarīgs no tā, kurš svars vispirms tiks pacelts, jo trosi velk, jo, ja viena persona velk, pirms abas pārējās, automašīna nekustēsies. Visiem trim cilvēkiem jāvelk vienlaicīgi, lai pareizi sadalītu slodzi un vienmērīgi sadalītu svaru starp trim skriemeļiem. Kad trīs cilvēki strādā vienlaicīgi, faktiski ir 12 virves, kas atbalsta automašīnu, kas padara skriemeļu sistēmas 12 mehāniskās priekšrocības un samazina transportlīdzekļa pacelšanai nepieciešamo lietderīgo spēku līdz 2000 ÷ 12 = 167 mārciņas.
