Ce au în comun un cuțit, un știft și daltă? Dacă credeți că toate acestea sunt ascuțite și pot tăia sau împinge lucrurile, aveți parțial dreptate, dar acum adăugați o oprire la listă. Nu este deosebit de ascuțit și nu poate tăia nimic, dar aparține în continuare, deoarece toate articolele sunt exemple de pene.
Wedge of este unul dintre cele șase dispozitive cunoscute științei drept mașini simple. Pe lângă pană, mașinile simple includ planul înclinat, șurubul, roata și axa, fulia și maneta. Unii oameni de știință includ angrenajul ca o a șaptea intrare, dar alții consideră angrenajul ca o mașină complexă care încorporează atât roata, cât și puntea, plus maneta.
Ce este o mașină simplă?
O mașină simplă este un dispozitiv rudimentar care înmulțește forța pe care o aplicați asupra sa. Nu este un dispozitiv cu componente interne care necesită o sursă de energie, cum ar fi un motor de automobile, dar nu este mai puțin important pentru munca reală. Mașinile simple au existat atât timp cât civilizația a existat și ați putea chiar susține că descoperirea de mașini simple, cum ar fi roata și pană, au făcut posibilă civilizația în prima loc.
Compensația pentru forța crescută exercitată de o mașină simplă este că trebuie să aplicați forța pe o distanță mai mare. Avantajul mecanic al mașinii se reduce la raportul dintre distanța în care aplicați o forță la distanță mașina aplică forța, iar aceasta din urmă trebuie să fie mai mică pentru ca avantajul mecanic să fie mai mare decât 1. Folosirea unei mașini cu un avantaj mecanic mai mic de 1 ar fi la fel de utilă ca și privirea prin partea greșită a unui telescop.
Avantajul mecanic al unei pene
O pană este similară cu un plan înclinat pe două fețe, dar este considerată o mașină pe propriul său merit, deoarece este întotdeauna utilizată pentru un scop anume, care este de a împărți lucrurile. Cu cât vârful penei este mai ascuțit și cu cât înclinația părților sale este mai blândă, cu atât pânza va oferi mai multă forță. De aceea, cuțitele ascuțite cu lame subțiri sunt mai bune pentru tăiere decât cele plictisitoare cu lame groase.
În termeni matematici, avantajul mecanic ideal (IMA) al unei pene este raportul dintre distanța în care penei pătrund în materialul pe care îl desparte (D) la lățimea despărțirii (W):
IMA = D / W
Acesta este calculul forței de pană, dar nu îl puteți utiliza pentru a calcula direct forța exercitată de pană într-un anumit material, deoarece nu ia în considerare frecarea. Întâmpinați mai multe fricțiuni prin tăierea brânzei decât prin tăierea untului, iar fricțiunea acționează pentru a compensa forța motrice a penei.
Cum se calculează forța motrice
Puteți utiliza avantajul mecanic ideal al unei pene pentru a calcula forța pe vârful unei pene (FT) dacă cunoașteți forța aplicată penei (FA). Relația este:
FT = (IMA) × FA = D / W × FA
Această relație este totuși incompletă, deoarece nu include forța de frecare care se opune panii. Această forță depinde de coeficientul de frecare atât al penei, cât și al materialului pe care îl desparte, deci este foarte variabil. Dacă coeficientul de frecare cinetică dintre pană și material este µ, forța totală de frecare (Ff) opunerea la mișcare este:
Ff = µFN
Unde FN este forța normală exercitată la limita penei și materialului. FN depinde de unghiul penei.
Odată ce ați calculat Ff, puteți determina forța exercitată de vârful penei. Este:
FT - Ff