Az emberiség ősidők óta minden eszközzel arra törekszik, hogy megkönnyítse fizikai munkáját. Az egyszerű mechanizmusok a probléma megoldásának eszközeivé váltak. Ez a cikk olyan találmányokat tárgyal, mint a kar és a blokk, valamint a karok és blokkok rendszere.
Mi az a tőkeáttétel, és mikor használták?
Valószínűleg mindenki gyermekkora óta ismeri ezt az egyszerű mechanizmust. A fizikában a kar egy gerenda (rúd, deszka) és egy támasz kombinációja. Karként szolgál súlyemeléshez vagy a sebesség testekkel való kommunikálásához. A gerenda alatti támasz helyzetétől függően a kar növelheti az erőt vagy a terhek mozgását. Azt kell mondani, hogy a kar nem vezet a munka, mint fizikai mennyiség csökkenéséhez, csak a végrehajtását teszi lehetővé kényelmes módon.
Az ember már régóta használja a tőkeáttételt. Tehát bizonyíték van arra, hogy az ókori egyiptomiak használták a piramisok építésekor. A kar hatásának első matematikai leírása az ie 3. századból származik, és Arkhimédészé. Ennek a mechanizmusnak a működési elvének modern magyarázata, amely magában foglaljaaz erőnyomaték fogalma csak a 17. században, Newton klasszikus mechanikájának kialakulásakor merült fel.
karszabály
Hogyan működik a kar? A kérdésre a választ az erőnyomaték fogalma tartalmazza. Ez utóbbit olyan értéknek nevezzük, amelyet úgy kapunk, hogy az erő karját megszorozzuk a modulusával, azaz:
M=Fd
A d erő karja a támaszpont és az F erő alkalmazási pontja közötti távolság.
Amikor egy kar elvégzi a feladatát, három különböző erő hat rá:
- külső erő, amelyet például egy személy alkalmaz;
- annak a tehernek a súlya, amelyet egy személy karral akar mozgatni;
- a támasz reakciója a támasz oldaláról a kar gerendára.
A támasz reakciója egyensúlyba hozza a másik két erőt, így a kar nem mozdul előre a térben. Annak érdekében, hogy ne végezzen forgó mozgást is, szükséges, hogy az összes erőnyomaték összege nullával egyenlő legyen. Az erőnyomatékot mindig valamilyen tengelyhez viszonyítva mérjük. Ebben az esetben ez a tengely a támaszpont. Ezzel a tengelyválasztással a támasz reakcióerejének hatásának válla nullával egyenlő lesz, vagyis ez az erő nulla nyomatékot hoz létre. Az alábbi ábra egy tipikus első típusú kart mutat. A nyilak az F külső erőt és az R terhelés súlyát jelölik.
Írja fel ezen erők nyomatékainak összegét, a következőket kapjuk:
RdR+ (-FdF)=0
A nyomatékok összegének nullával való egyenlősége biztosítja, hogy a karok nem forognak. PillanatAz F erőt negatív előjellel vesszük, mert ez az erő hajlamos a kart az óramutató járásával megegyező irányba, míg az R erő az óramutató járásával ellentétes irányba forgatni.
Ezt a kifejezést a következő formákra átírva megkapjuk a kar egyensúlyi feltételeit:
RdR=FdF;
dR/dF=F/R
Az írott egyenlőségeket az erőnyomaték fogalmával kaptuk. A Kr.e. III. században. e. A görög filozófusok nem ismerték ezt a fizikai koncepciót, ennek ellenére Arkhimédész fordított összefüggést állapított meg a karra ható erők aránya és e karok hossza között kísérleti megfigyelések eredményeként.
A rögzített egyenlőségek azt mutatják, hogy a kar hosszának csökkenése dR hozzájárul a nagy súlyok felemelésének lehetőségéhez, kis F erővel és a hosszú kar dF R rakomány.
Mi az a blokk a fizikában?
A blokk egy másik egyszerű mechanizmus, amely egy kerek henger, a hengeres felület kerülete mentén horonnyal. A barázda a kötél vagy lánc rögzítésére szolgál. A blokknak van egy forgástengelye. Az ábra egy példát mutat egy blokkra, amely bemutatja, hogyan működik.
Ezt a blokkot rögzítettnek nevezik. Nem növeli az erőt, de lehetővé teszi az irányváltást.
A rögzített blokkon kívül van egy mozgó blokk is. A mozgatható és rögzített blokkrendszer az alábbiakban látható.
Ha a pillanatok szabályát alkalmazzuk erre a rendszerre, akkor azt kapjukaz erőnövekedés kétszeres, ugyanakkor ugyanannyit veszítünk útközben (az ábrán F=60 N).
A karok és blokkok rendszere
Amint az előző bekezdésekben említettük, a tőkeáttétel felhasználható út vagy hatalom megszerzésére, míg a blokk lehetővé teszi a hatalom megszerzését és a cselekvés irányának megváltoztatását. A vizsgált egyszerű mechanizmusok ezen tulajdonságait emelőkarok és blokkok rendszereiben használják. Ezekben a rendszerekben minden elem bizonyos erőt vesz fel, és átadja azt más elemeknek, így az eredeti erőt kapjuk kimenetként.
A kar és a blokk könnyű kezelhetősége, valamint szerkezeti felhasználásuk rugalmassága lehetővé teszi, hogy egy ilyen kombinációból összetett mechanizmusokat állítsunk össze.
Példák egyszerű mechanizmusrendszerek használatára
Valójában minden gép, amely körülvesz bennünket, karok és blokkok rendszerei. Íme a leghíresebb példák:
- írógép;
- zongora;
- daru;
- összecsukható állványzat;
- állítható ágyak és asztalok;
- emberi csontok, ízületek és izmok halmaza.
Ha ezen rendszerek mindegyikében ismert a bemeneti erő, akkor a kimeneti erő kiszámítható a kar szabályának a rendszer minden elemére történő egymás utáni alkalmazásával.
