Садржај
- Основе невтонске физике
- Преглед једноставних машина
- Основе полуге
- Момент и моменти у физици
- Терминологија и врсте полуга
- Примјери једињења полуге
- Прорачун силе полуге
Готово сви знају шта полуга је, мада се већина људи може изненадити ако научи колико широк спектар једноставне машине квалификују се као такви.
Лако речено, полуга је алат који се користи да се "изврће" нешто лабаво на начин на који ниједан други немоторизирани апарат не може управљати; у свакодневном језику, неко ко је успео да стекне јединствени облик моћи над неком ситуацијом, каже се да поседује "полугу".
Учење о полугама и како применити једнаџбе које се односе на њихову употребу један је од најважнијих процеса уношења физике. То укључује мало силе и обртног момента, уводи контраинтуитивни али кључни концепт умножавање сила, и позива вас у основне концепте као што су посао и облици енергије у трговини.
Једна од главних предности полуга је та што се могу лако „слагати“ на такав начин да створе значајно механичка предност. Компликовани прорачуни полуга помажу приказивању колико моћан и скроман добро дизајниран "ланац" једноставних машина може бити.
Основе невтонске физике
Исак Њутн (1642–1726), осим што је заслужан за ко-измишљање математичке дисциплине калкулуса, проширио се и на рад Галилеа Галилеија на развијању формалних односа између енергије и покрета. Конкретно, предложио је, између осталог, следеће:
Предмети се одупиру променама у њиховој брзини на начин пропорционалан њиховој маси (закон инерције, Невтонов први закон);
Количина која се зове сила делује на масе за промену брзине, процес који се назива убрзање (Ф = ма, Њутнов други закон);
Количина која се зове замах, производ масе и брзине, врло је користан у прорачунима јер се чува (тј. његова укупна количина се не мења) у затвореним физичким системима. Укупно енергије такође се чува.
Комбиновање већег броја елемената ових односа резултира концептом посао, која је сила помножена са даљине: В = Фк. Управо кроз ову лећу започиње проучавање полуга.
Преглед једноставних машина
Ручице припадају класи уређаја познатих као једноставне машине, што такође укључује зупчаници, ременице, нагнуте равни, клинови и шрафови. (Сама реч "машина" потиче од грчке речи која значи "помозите лакше".)
Све једноставне машине имају једну особину: Они умножавају силу на удаљеност (а додата удаљеност је често паметно скривена). Закон очувања енергије потврђује да ниједан систем не може да се створи из ничега, већ зато В = Фк, чак и ако је вредност В ограничена, остале две променљиве у једначини нису.
Променљива занимљивост за једноставну машину је његова механичка предност, што је само однос излажне силе према улазној сили: МА = Фо/ Фја. Често се та количина изражава као идеална механичка предностили ИМА, што је механичка предност коју би машина уживала да није било силе трења.
Основе полуге
Једноставна полуга је чврста шипка неке врсте која се слободно окреће око фиксне тачке која се зове а терет ако су силе примењене на полугу. Ослонац се може налазити на било којој удаљености дуж дужине полуге. Ако полуга доживљава силе у облику обртних момената, које су силе које делују око оси ротације, полуга се неће померати под условом да је зброј сила (обртних момената) који делују на шипку једнак нули.
Момент је производ примењене силе плус удаљености од основе. Тако систем који се састоји од једне полуге подложне две силе Ф1 и Ф2 на растојању к1 и к2 из краја је у равнотежи када Ф1Икс1 = Ф2Икс2.
Између осталих ваљаних интерпретација, овај однос значи да јака сила која делује на краткој удаљености може бити прецизно избалансирана (претпостављајући да нема губитака енергије услед трења) слабијом силом која делује на већу удаљеност, и то пропорционално.
Момент и моменти у физици
Удаљеност од упоришта до тачке на којој се сила врши на полугу позната је као ручица, или тренутна рука. (У овим једначинама изражено је коришћењем "к" за визуелну једноставност; други извори могу употребљавати мала слова "л.")
Моменти не морају деловати под правим углом према полугама, мада за било коју примену силе, прави (тј. 90 °) угао даје максималну количину силе, јер, напросто, ствар је син 90 ° = 1.
Да би објект био у равнотежи, зброј сила и момента који дјелују на тај објекат морају бити једнаки нули. То значи да сви обртни моменти у смеру казаљке на сату морају бити уравнотежени тачно окретним моментима.
Терминологија и врсте полуга
Обично је идеја примене силе на полугу нешто премештати "коришћењем" обезбеђеног двосмерног компромиса између силе и полуге. Сила којој се покушавате супротставити зове се сила отпора, а ваша сопствена улазна сила позната је као напорна сила. Стога можете мислити да излазна сила досеже вредност силе отпора у тренутку када се објект почне окретати (тј. Када услови равнотеже више нису испуњени.
Захваљујући односима између рада, силе и удаљености, МА се то може изразити као
МА = Фр/ Фе = де/Др
Где је Де је удаљеност којом се рука напора помера (ротационо) и др је удаљеност којом се ручица отпора помиче.
Ручице улазе три врсте.
Примјери једињења полуге
А сложена полуга је низ полуга који делују складно, тако да излазна сила једне полуге постаје улазна снага следеће ручице, омогућавајући на крају огроман степен множења силе.
Клавири за клавир представљају један пример сјајних резултата који могу произаћи из грађевинских машина које садрже сложене полуге. Једноставнији пример за визуелизацију је типични сет клизача за нокте. Овим примењујете силу на дршку која вуче два комада метала захваљујући шрафу. Дршка је овим вијком спојена са горњим комадом метала, стварајући један ослонац, а два дела су спојена са другим краком на супротном крају.
Имајте на уму да када примените силу на дршку, она се креће много даље (ако је само центиметар или нешто више) од два оштра крајева шишке, којима је потребно само померати се пар милиметара да би се затворили заједно и обавили свој посао. Сила коју примењујете лако се множи захваљујући др бити тако мали.
Прорачун силе полуге
Сила од 50 њута (Н) се примењује у смјеру казаљке на сату на удаљености од 4 метра (м) од тежишта. Која сила мора бити примењена на удаљености 100 м с друге стране течења да би се балансирало то оптерећење?
Овде доделите променљиве и поставите једноставан пропорција. Ф1= 50 Н, к1 = 4 м и к2 = 100 м.
Знате ону Ф1Икс1 = Ф2Икс2, па к2 = Ф1Икс1/ Ф2 = (50 Н) (4 м) / 100м = 2 Н.
Стога је потребна само мала сила да надокнадите оптерећење отпора, све док сте спремни да стојите дужину фудбалског терена да бисте га испунили!