Kako izračunati vzvode in vzvod

Skoraj vsi vedo, kaj avzvodje, čeprav bi bila večina ljudi presenečena, ko bi izvedela, kako široko paletopreprosti strojikvalificirati kot take.

Ohlapno rečeno, vzvod je orodje, ki se uporablja za "lomljenje" nečesa na način, ki ga ne more upravljati nobena druga nemotorizirana naprava; v vsakdanjem jeziku naj bi nekdo, ki mu je uspelo pridobiti edinstveno obliko oblasti nad situacijo, imel "vzvod".

Spoznavanje vzvodov in uporabe enačb, ki se nanašajo na njihovo uporabo, je eden najbolj koristnih postopkov, ki jih uvodna fizika ponuja. Vključuje malo o sili in navoru, uvaja kontraintuitiven, a ključen konceptmnoženje silin vas popelje do osnovnih konceptov, kot jedeloin oblike energije v kupčiji.

Ena glavnih prednosti vzvodov je, da jih je mogoče enostavno "zložiti" tako, da ustvarijo pomemben delmehanska prednost. Izračuni sestavljenih vzvodov pomagajo ponazoriti, kako močna, a skromna je lahko dobro zasnovana "veriga" preprostih strojev.

​Isaac Newton(1642–1726), poleg tega, da je zaslužen za soustvarjanje matematične discipline račun, razširjen na delo Galileja Galileja za razvoj formalnih odnosov med energijo in gibanje. Natančneje je med drugim predlagal, da:

Predmeti se upirajo spremembam svoje hitrosti na način, ki je sorazmeren njihovi masi (vztrajnostni zakon, Newtonov prvi zakon);

Klicana količinasiladeluje na mase, da spremeni hitrost, proces imenovanpospešek​ (​F = ma, Newtonov drugi zakon);

Klicana količinazagon, zmnožek mase in hitrosti, je zelo koristen pri izračunih, saj se ohrani (tj. njegova celotna količina se ne spremeni) v zaprtih fizičnih sistemih. Skupajenergijaje tudi ohranjena.

Kombinacija številnih elementov teh odnosov vodi do konceptadelo, kateri jesila, pomnožena z razdaljo​:

Skozi to lečo se začne preučevanje vzvodov.

Ročice spadajo v razred naprav, znanih kotpreprosti stroji, ki vključuje tudizobniki, jermenice, nagnjene ravnine, kliniinvijaki. (Sama beseda "stroj" izhaja iz grške besede, ki pomeni "pomagajte olajšati.")

Vsi preprosti stroji imajo eno lastnost: pomnožijo silo na račun razdalje (dodana razdalja pa je pogosto spretno skrita). Zakon o ohranjanju energije potrjuje, da noben sistem ne more "ustvariti" dela iz nič, toda tudi če je vrednost W omejena, drugi dve spremenljivki v enačbi ne.

Zanimiva spremenljivka za preprost stroj je njegovamehanska prednost, kar je samo razmerje med izhodno silo in vhodno silo:

Ta količina je pogosto izražena kotidealna mehanska prednost, ali IMA, kar je mehanska prednost, ki bi jo imel stroj, če ne bi bile prisotne sile trenja.

Preprost vzvod je nekakšna trdna palica, ki se lahko prosto vrti okoli fiksne točke, imenovane atočka oporeče na vzvod delujejo sile. Oporišče se lahko nahaja na kateri koli razdalji vzdolž dolžine vzvoda. Če ročica doživlja sile v obliki navorov, to so sile, ki delujejo okoli osi vrtenja se ročica ne bo premaknila, če je vsota sil (navorov), ki delujejo na palico, enaka nič.

Navor je zmnožek uporabljene sile, povečane za razdaljo od oporne točke. Tako sistem, sestavljen iz enega vzvoda, ki deluje na dve siliF₁inF₂na razdaljah x₁ in x₂ iz oporišča je v ravnovesju, koF​_​1​x₁ = ​F​_​2​x₂.

• Zmnožek F in x se imenuje atrenutek, ki je katera koli sila, ki prisili predmet, da se začne na nek način vrteti.

Med drugimi veljavnimi interpretacijami to razmerje pomeni, da je močna sila, ki deluje na kratki razdalji, lahko natančno protiutež (ob predpostavki, da zaradi trenja ni izgub energije) s šibkejšo silo, ki deluje na večji razdalji, in v sorazmerju način.

Razdalja od oporišča do točke, na kateri sila deluje na vzvod, je znana kotročica ročice,alitrenutna roka. (V teh enačbah je bilo za vizualno preprostost izraženo z uporabo "x"; drugi viri lahko uporabljajo male črke "l.")

Navorom ni treba, da delujejo pravokotno na ročice, čeprav za katero koli uporabljeno silo desno (to je 90 °) kot daje največjo količino sile, ker preprosto gre za 90 ° = 1.

Da bi bil objekt v ravnovesju, morata biti vsote sil in navorov, ki delujejo na ta objekt, enake nič. To pomeni, da morajo biti vsi navori v smeri urinega kazalca natančno uravnoteženi z navori v nasprotni smeri.

Običajno je ideja uporabe sile na ročici premikanje nečesa z "izkoriščanjem" zagotovljenega dvosmernega kompromisa med silo in ročico ročice. Sila, ki se ji želite zoperstaviti, se imenujeodporna sila, lastna vhodna sila pa je znana kotsila napora. Tako lahko o izhodni sili mislite, da doseže vrednost odporne sile v trenutku, ko se objekt začne vrteti (tj. Ko ravnotežni pogoji niso več izpolnjeni.

Zahvaljujoč razmerju med delom, silo in razdaljo lahko MA izrazimo kot

Kjer d_e je razdalja, ki jo premika roka (rotacijsko gledano) in d_r je razdalja, ki jo premakne ročica upora.

Vstopite vzvoditri vrste​.

• ​Prvo naročilo:Oporna točka je med naporom in uporom (primer: "glej-žaga").
• ​Drugi red: Napor in upor sta na isti strani oporišča, vendar usmerjena v nasprotne smeri, pri čemer je napor dlje od oporišča (primer: samokolnica).
• ​Tretji red:Napor in upor sta na isti strani oporišča, vendar usmerjena v nasprotne smeri, z bremenom dlje od oporišča (primer: klasični katapult).

Asestavljeni vzvodje vrsta vzvodov, ki delujejo usklajeno, tako da izhodna sila enega vzvoda postane vhodna sila naslednjega vzvoda in tako na koncu omogoči izjemno stopnjo množenja sile.

Klavirske tipke predstavljajo en primer čudovitih rezultatov, ki jih lahko dosežejo gradbeni stroji s sestavljenimi vzvodi. Enostavnejši primer za ponazoritev je tipičen komplet škarje za nohte. S tem uporabite silo na ročaju, ki zaradi vijaka potegne dva kovinska kosa skupaj. Ročaj je s tem vijakom povezan z zgornjim kovinskim koščkom, tako da ustvari eno oporno točko, oba kosa pa sta na drugi strani združeni z drugo oporno točko.

Upoštevajte, da se pri uporabi sile na ročaj premakne precej dlje (če je le centimeter ali več) kot dva ostra konca strižnika, ki se morata premakniti le nekaj milimetrov, da se zapreta in naredita svoje službo. Sila, ki jo uporabljate, se enostavno pomnoži zahvaljujoč d_r tako majhna.

Sila 50 njutnov (N) deluje v smeri urinega kazalca na razdalji 4 metre (m) od oporišča. Kakšno silo je treba uporabiti na razdalji 100 m na drugi strani oporišča, da uravnotežimo to obremenitev?

Tu dodelite spremenljivke in nastavite preprost delež. F₁= 50 N, x₁ = 4 m in x₂ = 100 m.

Saj veste, da F₁x₁ = F₂x₂, torej

Tako je za izravnavo odporne obremenitve potrebna le majhna sila, če ste pripravljeni stati dolžino nogometnega igrišča, da to storite!