Bir Kamanın Mekanik Avantajı Nasıl Hesaplanır

Bıçak, itme pimi ve keskinin ortak noktası nedir? Hepsinin keskin olduğunu ve bir şeyleri kesip delip geçebileceğini düşünüyorsanız, kısmen haklısınız, ancak şimdi listeye bir kapı durdurucu ekleyin. Özellikle keskin değildir ve hiçbir şeyi kesemez, ancak yine de aittir, çünkü tüm öğeler kama örnekleridir.

Kama, bilimde basit makineler olarak bilinen altı cihazdan biridir. Basit makineler, kamanın yanı sıra eğik düzlem, vida, tekerlek ve aks, kasnak ve kolu içerir. Bazı bilim adamları dişliyi yedinci bir giriş olarak dahil eder, ancak diğerleri dişliyi hem tekerlek hem de aks artı kolu içeren karmaşık bir makine olarak görür.

Basit bir makine, ona uyguladığınız kuvveti çoğaltan ilkel bir cihazdır. Otomobil motoru gibi bir güç kaynağı gerektiren dahili bileşenlere sahip bir cihaz değildir, ancak gerçek dünyada iş yapmak için daha az önemli değildir. Basit makineler uygarlık var olduğundan beri var olmuştur ve hatta şunu da iddia edebilirsiniz: tekerlek ve kama gibi basit makinelerin keşfi, ilk zamanlarda uygarlığı mümkün kıldı. yer.

Basit bir makine tarafından uygulanan artan kuvvetin karşılığı, kuvveti daha uzun bir mesafeye uygulamanız gerektiğidir. Makinenin mekanik avantajı, mesafeye kuvvet uyguladığınız mesafe oranına bağlıdır. makine kuvveti uygular ve mekanik avantajın daha büyük olması için ikincisi daha küçük olmalıdır. 1. 1'den daha az mekanik avantajı olan bir makine kullanmak, bir teleskopun yanlış tarafından bakmak kadar faydalı olacaktır.

Kama, iki taraflı eğimli bir düzleme benzer, ancak her zaman belirli bir amaç için, yani şeyleri ayırmak için kullanıldığından, kendi değeriyle bir makine olarak kabul edilir. Kamanın ucu ne kadar keskin ve kenarlarının eğimi ne kadar yumuşak olursa, kama o kadar fazla güç sağlar. Bu nedenle, ince bıçaklı keskin bıçaklar, kalın bıçaklı kör bıçaklara göre kesim için daha iyidir.

Matematiksel olarak, bir kamanın ideal mekanik avantajı (IMA), kamanın parçaladığı malzemeye nüfuz ettiği mesafenin oranıdır (D) bölmenin genişliğine (W):

IMA = D/W

Bu kama kuvveti hesaplamasıdır, ancak kama tarafından belirli bir malzemede uygulanan kuvveti doğrudan hesaplamak için kullanamazsınız çünkü sürtünmeyi hesaba katmaz. Peyniri kesmek, tereyağı kesmekten daha fazla sürtünmeyle karşılaşırsınız ve sürtünme, kamanın itici gücünü dengelemek için hareket eder.

Bir kamanın ucundaki kuvveti hesaplamak için bir kamanın ideal mekanik avantajını kullanabilirsiniz (F_T) kamaya uygulanan kuvveti biliyorsanız (F_bir). İlişki:

F_T = (IMA) × F_bir = D/W × F_bir

Ancak bu ilişki eksiktir, çünkü kamaya karşıt olan sürtünme kuvvetini içermez. Bu kuvvet hem kamanın hem de böldüğü malzemenin sürtünme katsayısına bağlıdır, bu nedenle oldukça değişkendir. Kama ile malzeme arasındaki kinetik sürtünme katsayısı µ ise toplam sürtünme kuvveti (F_f) önergeye karşı çıkmak:

F_f = µF_N

Nerede F_N kama ve malzemenin sınırına uygulanan normal kuvvettir. F_N kamanın açısına bağlıdır.

Hesapladıktan sonra F_f, kamanın ucunun uyguladığı kuvveti belirleyebilirsiniz. Bu:

F_T -F_f