Kaldıraçlar ve Kaldıraç Nasıl Hesaplanır

Hemen hemen herkes ne olduğunu bilirkaldıraççoğu insan ne kadar geniş bir yelpazenin ne kadar geniş olduğunu öğrenince şaşırsa da,basit makinelerolarak nitelemek.

Açıkça söylemek gerekirse, kaldıraç, başka hiçbir motorsuz aygıtın yönetemeyeceği şekilde gevşek bir şeyi "kaldırmak" için kullanılan bir araçtır; Günlük dilde, bir durum üzerinde benzersiz bir güç elde etmeyi başaran birinin "kaldıraç"a sahip olduğu söylenir.

Kaldıraçları ve bunların kullanımına ilişkin denklemlerin nasıl uygulanacağını öğrenmek, fiziğe girişin sunduğu daha ödüllendirici süreçlerden biridir. Kuvvet ve tork hakkında biraz bilgi içerir, sezgisel olmayan ancak çok önemli bir kavram sunar.kuvvetlerin çarpımıve sizi aşağıdaki gibi temel kavramlara yönlendirir:işve pazarlıkta enerji biçimleri.

Kaldıraçların ana avantajlarından biri, önemli bir etki yaratacak şekilde kolayca "istiflenebilmeleridir".mekanik avantaj. Bileşik kaldıraç hesaplamaları, iyi tasarlanmış basit makineler "zincirinin" ne kadar güçlü ancak mütevazı olabileceğini göstermeye yardımcı olur.

​Isaac Newton(1642-1726), matematik disiplinini birlikte icat etmekle itibar kazanmanın yanı sıra Kalkülüs, Galileo Galilei'nin enerji ve hareket. Spesifik olarak, diğer şeylerin yanı sıra şunları önerdi:

Nesneler, hızlarındaki değişikliklere kütleleriyle orantılı bir şekilde direnirler (atalet yasası, Newton'un birinci yasası);

denilen bir miktargüçhızı değiştirmek için kütleler üzerinde hareket eder, bu sürece denirhızlanma​ (​F = anne, Newton'un ikinci yasası);

denilen bir miktaritme, kütle ve hızın ürünü, kapalı fiziksel sistemlerde korunduğu (yani toplam miktarı değişmediği) için hesaplamalarda çok faydalıdır. Toplamenerjida korunur.

Bu ilişkilerin bir dizi unsurunun birleştirilmesi, kavramın ortaya çıkmasına neden olur.iş, hangisikuvvet bir mesafe ile çarpılır​:

Kaldıraçların incelenmesi bu mercek aracılığıyla başlar.

Kollar, olarak bilinen bir cihaz sınıfına aittir.basit makineler, ayrıca içerendişliler, kasnaklar, eğik düzlemler, kamalarvevidalar. ("Makine" kelimesinin kendisi, "kolaylaştırmaya yardım etmek" anlamına gelen Yunanca bir kelimeden gelir.)

Tüm basit makineler tek bir özelliği paylaşır: Mesafe pahasına kuvveti çoğaltırlar (ve eklenen mesafe genellikle akıllıca gizlenir). Enerjinin korunumu yasası, hiçbir sistemin yoktan iş "yaratamayacağını" onaylar, ancak W'nin değeri kısıtlı olsa bile, denklemdeki diğer iki değişken değildir.

Basit bir makinede ilgilenilen değişken, onunmekanik avantaj, bu sadece çıkış kuvvetinin giriş kuvvetine oranıdır:

Çoğu zaman, bu miktar şu şekilde ifade edilir:ideal mekanik avantajveya sürtünme kuvvetleri olmasaydı makinenin sahip olacağı mekanik avantaj olan IMA.

Basit bir kaldıraç, sabit bir nokta etrafında serbestçe dönebilen bir tür katı çubuktur.dayanak noktasıkola kuvvet uygulanırsa. Dayanak, kolun uzunluğu boyunca herhangi bir mesafeye yerleştirilebilir. Kol, bir eksen etrafında hareket eden kuvvetler olan tork şeklinde kuvvetler yaşıyorsa, döndürüldüğünde, çubuğa etkiyen kuvvetlerin (torkların) toplamının sıfır olması koşuluyla kol hareket etmeyecektir.

Tork, uygulanan bir kuvvetin artı dayanak noktasından olan uzaklığın çarpımıdır. Böylece iki kuvvete maruz kalan tek bir kaldıraçtan oluşan bir sistemF₁veF₂x mesafelerinde₁ ve x₂ dayanak noktasından dengede olduğundaF​_​1​x₁ = ​F​_​2​x₂.

• F ve x'in ürününe a deniran, bir nesneyi bir şekilde dönmeye zorlayan herhangi bir kuvvettir.

Diğer geçerli yorumların yanı sıra, bu ilişki, kısa bir mesafeye etki eden güçlü bir kuvvetin tam olarak daha uzun bir mesafe boyunca etki eden daha zayıf bir kuvvet tarafından ve orantılı olarak dengelenir (sürtünmeden dolayı enerji kaybının olmadığı varsayılarak) tavır.

Dayanak noktasından bir kaldıraca kuvvetin uygulandığı noktaya kadar olan mesafeye denir.manivela,veyamoment kolu. (Bu denklemlerde görsel sadelik için "x" kullanılarak ifade edilmiştir; diğer kaynaklar küçük harf "l." kullanabilir.)

Uygulanan herhangi bir kuvvet için bir doğru olsa da, torkların kollara dik açılarda hareket etmesi gerekmez. (yani, 90°) açı, maksimum kuvvet miktarını verir, çünkü basitçe meseleye göre, 90° günahtır. = 1.

Bir cismin dengede olması için o cisme etki eden kuvvetlerin ve torkların toplamının sıfır olması gerekir. Bu, tüm saat yönündeki torkların tam olarak saat yönünün tersine torklarla dengelenmesi gerektiği anlamına gelir.

Genellikle, bir kaldıraca kuvvet uygulama fikri, kuvvet ve kaldıraç kolu arasındaki garantili iki yönlü uzlaşmayı "kaldırarak" bir şeyi hareket ettirmektir. Karşı koymaya çalıştığınız gücün adıdirenç kuvveti, ve kendi giriş gücünüz olarak bilinirçaba kuvveti. Böylece, çıkış kuvvetinin, nesne dönmeye başladığı anda (yani denge koşulları artık karşılanmadığında) direnç kuvvetinin değerine ulaştığını düşünebilirsiniz.

İş, kuvvet ve mesafe arasındaki ilişkiler sayesinde MA bu şu şekilde ifade edilebilir mi?

D nerede_e efor kolunun hareket ettiği mesafedir (dönmesel olarak konuşursak) ve d_r direnç kolu kolunun hareket ettiği mesafedir.

Kollar içeri giriyorüç tip​.

• ​Birinci derece:Dayanak noktası, çaba ve direnç arasındadır (örnek: "tahterevalli").
• ​İkinci emir: Çaba ve direnç, dayanak noktasının aynı tarafındadır, ancak çaba destek noktasından uzaktayken zıt yönleri gösterir (örnek: bir el arabası).
• ​Üçüncü derece:Çaba ve direnç, dayanak noktasının aynı tarafındadır, ancak yük dayanak noktasından daha uzaktayken zıt yönleri gösterir (örnek: klasik bir mancınık).

birbileşik kolbirlikte hareket eden bir dizi kaldıraçtır, öyle ki bir kolun çıkış kuvveti bir sonraki kolun giriş kuvveti haline gelir, böylece sonuçta muazzam derecede kuvvet çarpmasına izin verir.

Piyano tuşları, bileşik kollara sahip inşaat makinelerinden doğabilecek muhteşem sonuçların bir örneğini temsil eder. Görselleştirmesi daha kolay bir örnek, tipik bir tırnak makası setidir. Bunlarla, bir vida sayesinde iki metal parçasını birbirine çeken bir tutamağa kuvvet uygularsınız. Sap, bu vida ile metalin üst parçasına bir dayanak noktası oluşturarak birleştirilir ve iki parça karşı uçta ikinci bir dayanak noktası ile birleştirilir.

Tutamağa kuvvet uyguladığınızda, tutamağa göre çok daha uzağa (yalnızca bir inç kadar olsa) hareket ettiğini unutmayın. Birbirine yakın olmak ve işlerini yapmak için sadece birkaç milimetre hareket etmesi gereken iki keskin kesme ucu iş. d sayesinde uyguladığınız kuvvet kolayca çarpılır._r çok küçük olmak.

Bir dayanak noktasından 4 metre (m) uzaklıkta saat yönünde 50 Newton (N)'luk bir kuvvet uygulanır. Bu yükü dengelemek için dayanağın diğer tarafında 100 m mesafede hangi kuvvet uygulanmalıdır?

Burada değişkenleri atayın ve basit bir orantı kurun. F₁= 50 N, x₁ = 4 m ve x₂ = 100 m.

F'yi biliyorsun₁x₁ = F₂x₂, yani

Bu nedenle, direnç yükünü dengelemek için sadece küçük bir kuvvete ihtiyaç vardır, bunu yapmak için bir futbol sahasının uzunluğunda durmaya istekli olduğunuz sürece!