Deși s-ar putea să vă gândiți la o mașină ca la un sistem complex de angrenaje, curele de transmisie și un motor, definiția pe care o folosesc fizicienii este mult mai simplă. O mașină este pur și simplu un dispozitiv care funcționează și există doar șase tipuri diferite de mașini simple. Acestea includ pârghia, scripetele, roata și puntea, șurubul, pană și planul înclinat. Capacitatea mașinii de a lucra depinde de două caracteristici: avantajul său mecanic și eficiența sa. Există două tipuri de avantaje mecanice. Avantajul mecanic ideal presupune o eficiență perfectă, care nu ține cont de frecare, în timp ce avantajul mecanic propriu-zis.
TL; DR (Prea lung; Nu am citit)
AMA al unei mașini simple este raportul dintre ieșire și forțe de intrare. IMA este raportul dintre distanța de intrare și distanța de ieșire.
Avantaj mecanic real
Orice tip de mașină transmite energie mecanică și o măsură a utilității sale este raportul forței de ieșire (FO) la forța de intrare (FEu). Acest raport este avantajul mecanic real:
AMA = \ frac {F_O} {F_I}
Dacă acest raport este unul, mașina mecanică nu facilitează efectiv munca, dar poate transmite energia într-o direcție diferită. Un angrenaj cu melc este un exemplu de astfel de mașină. Majoritatea mașinilor au un AMA mai mare decât unul.
Avantaj mecanic ideal
Deoarece este necesară o anumită cantitate de forță de intrare pentru a depăși frecarea, iar această cantitate este necunoscută, poate fi dificil să se măsoare avantajul mecanic real. Avantajul mecanic ideal, pe de altă parte, este pur și simplu raportul distanței de intrareDEula distanța de ieșireDO.
IMA = \ frac {D_I} {D_O}
Pentru a face munca mai ușoară pentru utilizator, distanța de intrare ar trebui să fie mai mare decât distanța de ieșire, astfel încât acest raport este de obicei mai mare decât unul. De asemenea, este mai mare decât AMA, deoarece nu ia în considerare forțele de frecare, care se opun mișcării.
IMA din cele șase tipuri de mașini
Toate mașinile reale sunt o combinație a celor șase mașini simple, iar metoda de calcul a IMA variază pentru fiecare.
Pârghie: Amplasarea punctului de sprijin determină IMA pentru o pârghie. Într-o pârghie de primă clasă, punctul de sprijin este sub pârghie și se află la distanțeDEușiDOde la capetele de intrare și ieșire respectiv. Avantajul mecanic mecanic ideal este astfel:
IMA = \ frac {D_I} {D_O}
Roată și Axel: Cu două roți concentrice, așa cum sunt utilizate împreună, obțineți un avantaj mecanic aplicând forță celei mai mari și conectând o sarcină la cea mai mică. IMA pentru acest aranjament este raportul dintre raza roții mai mariRla cea a celui mai micr:
IMA = \ frac {R} {r}
Plan înclinat:Avantajul mecanic al unui plan înclinat crește pe măsură ce panta scade, dar chiar dacă este necesară o forță mai mică pentru a-l împinge, distanța de care trebuie să îl împingeți crește. Împingeți încărcătura la o distanțăLde-a lungul pantei pentru a o ridica la o înălțimeh, iar avantajul mecanic ideal este:
IMA = \ frac {L} {h}
Pană: La fel ca un plan înclinat, forța necesară pentru a-l împinge sub o sarcină crește odată cu panta, dar distanța pe care trebuie să o parcurgăLpentru a separa suprafețele, distanțatcrește:
IMA = \ frac {L} {t}
Şurub: Un șurub este doar un plan înclinat circular. La fiecare rotire a șurubului, îl rotiți la o distanță egală cu circumferința pentru a-l deplasaPîn suprafață pătrunde. Dacă diametrul arborelui șurub ested,avantajul mecanic este:
IMA = \ frac {2 \ pi d} {P}
Scripete: Avantajul mecanic al unui sistem de scripete depinde doar de numărul de cabluri pe care le are. Dacă acest număr esteN, atunci
IMA = N
IMA = N