Що спільного між ножем, штифтом і зубилом? Якщо ви думаєте, що всі вони різкі і можуть прорізати чи продемонструвати щось, ви частково маєте рацію, але тепер додайте до списку дверну зупинку. Він не особливо гострий і не може нічого різати, але все одно належить, тому що всі предмети є прикладами клинів.
Клин - один із шести пристроїв, відомих науці як прості машини. Крім клину, прості верстати включають похилу площину, гвинт, колесо та вісь, шків та важіль. Деякі вчені включають передачу як сьомий запис, але інші розглядають передачу як складну машину, що включає колесо та вісь плюс важіль.
Що таке проста машина?
Проста машина - це елементарний пристрій, який примножує силу, яку ви до неї приклали. Це не пристрій з внутрішніми компонентами, які потребують джерела живлення, наприклад, автомобільний двигун, але це не менш важливо для виконання роботи в реальному світі. Прості машини існують стільки часу, скільки існує цивілізація, і ви навіть можете стверджувати, що відкриття простих машин, таких як колесо і клин, зробило можливим цивілізацію в першу чергу місце.
Компроміс за збільшену силу, що діє на простому верстаті, полягає в тому, що ви повинні застосовувати силу на більшій відстані. Механічна перевага машини зводиться до відношення відстані, до якої ви прикладете силу до відстані машина застосовує силу, причому остання повинна бути меншою, щоб механічна перевага була більшою за 1. Використання машини з механічною перевагою менше 1 було б настільки ж корисним, як і перегляд неправильної сторони телескопа.
Механічна перевага клину
Клин схожий на двосторонню площину нахилу, але він вважається машиною сам по собі, оскільки він завжди використовується для певної мети, тобто для розділення речей. Чим гостріший кінчик клину і чим м'якший нахил його боків, тим більшу силу надаватиме клин. Тому гострі ножі з тонкими лезами краще різати, ніж тупі з товстими лезами.
У математичному плані ідеальною механічною перевагою клина є відношення відстані, яку клин проходить до матеріалу, який він розщеплює (D) до ширини розколу (W):
IMA = D / W
Це розрахунок сили клину, але ви не можете використовувати його для безпосереднього розрахунку сили, що діє на клин у певному матеріалі, оскільки воно не враховує тертя. Ви стикаєтесь із сильним тертям, різаючи сир, ніж із вершковим маслом, і тертя впливає на рушійну силу клину.
Як розрахувати рушійну силу
Ви можете використовувати ідеальну механічну перевагу клина для розрахунку сили на кінчику клину (FТ) якщо вам відома сила, яка прикладена до клину (FA). Відносини такі:
FТ = (IMA) × FA = Г / Ш × ЖA
Однак ці відносини неповні, оскільки вони не включають сили тертя, що протистоїть клину. Ця сила залежить від коефіцієнта тертя як клину, так і матеріалу, який він розщеплює, тому вона дуже мінлива. Якщо коефіцієнт кінетичного тертя між клином і матеріалом становить µ, загальна сила тертя (Ff), що виступає проти руху:
Ff = мкФN
Де FN - нормальна сила, що діє на межі клину та матеріалу. FN залежить від кута нахилу клина.
Після того, як ви розрахували Ff, можна визначити силу, що діє на кінчик клину. Це є:
FТ - Фf