Kandungan
- Asas-asas fizik Newtonian
- Gambaran Keseluruhan Mesin Mudah
- Asas Lever
- Tork dan Moments dalam Fizik
- Terminologi dan Jenis Levers
- Contoh Lever Compound
- Pengiraan Tenaga Lengan Lengan
Hampir semua orang tahu apa a tuil adalah, walaupun kebanyakan orang mungkin terkejut untuk mengetahui sejauh mana pelbagai jenis mesin mudah layak menjadi seperti itu.
Dengan tegas, tuas adalah alat yang digunakan untuk "membongkar" sesuatu yang longgar dengan cara yang tidak dapat dikendalikan oleh alat yang tidak bermotor; dalam bahasa sehari-hari, seseorang yang telah berjaya memperoleh kuasa unik dalam keadaan dikatakan memiliki "leverage."
Pembelajaran tentang tuil dan cara menggunakan persamaan-persamaan yang berkaitan dengan penggunaannya adalah salah satu daripada tawaran fizik pengantar yang lebih bermanfaat. Ia termasuk sedikit tentang kuasa dan tork, memperkenalkan konsep kontra-intuitif tetapi penting pendaraban tentera, dan memanggil anda ke konsep teras seperti kerja dan bentuk tenaga dalam tawar-menawar.
Salah satu kelebihan utama tuas adalah bahawa mereka dapat dengan mudah "disusun" dengan cara sedemikian rupa untuk membuat yang penting kelebihan mekanikal. Pengiraan tuas kompaun membantu menggambarkan betapa berkuasa namun merendahkan "rantaian" yang direka dengan baik mesin mudah.
Asas-asas fizik Newtonian
Isaac Newton (1642-1726), selain dikreditkan dengan mencipta matematik kalkulus matematik, berkembang pada karya Galileo Galilei untuk membangun hubungan formal antara tenaga dan gerakan. Khususnya, beliau mencadangkan, antara lain, bahawa:
Objek menentang perubahan pada halaju mereka dengan cara yang berkadar dengan massa mereka (undang-undang inersia, undang-undang Newtons pertama);
Kuantiti yang dipanggil memaksa bertindak pada massa untuk mengubah halaju, proses yang dipanggil pecutan (F = ma, Undang-undang Newtons kedua);
Kuantiti yang dipanggil momentum, produk jisim dan halaju, sangat berguna dalam perhitungan kerana ia dipelihara (iaitu jumlahnya tidak berubah) dalam sistem fizikal tertutup. Jumlah tenaga juga dipelihara.
Menggabungkan beberapa unsur hubungan ini menghasilkan konsep kerja, iaitu memaksa berlipat ganda melalui jarak jauh: W = Fx. Ia adalah melalui kanta ini bahawa kajian tuas bermula.
Gambaran Keseluruhan Mesin Mudah
Levers tergolong dalam kelas peranti yang dikenali sebagai mesin mudah, yang juga termasuk gear, kendi, pesawat cenderung, baji dan skru. (Perkataan "mesin" itu sendiri berasal dari perkataan Yunani yang bermaksud "membantu membuat lebih mudah.")
Semua mesin mudah berkongsi satu ciri: Mereka melipatgandakan daya dengan mengorbankan jarak (dan jarak tambahan sering disembunyikan dengan bijak). Undang-undang pemuliharaan tenaga mengesahkan bahawa tiada sistem boleh "mencipta" kerja daripada apa-apa, tetapi kerana W = Fx, walaupun nilai W dikekang, dua pembolehubah lain dalam persamaan tidak.
Variabel minat dalam mesin mudah adalah kelebihan mekanikal, yang hanya nisbah daya output kepada daya input: MA = Fo/ Fi. Selalunya, kuantiti ini dinyatakan sebagai kelebihan mekanikal yang ideal, atau IMA, yang merupakan kelebihan mekanikal mesin akan menikmati jika tidak ada daya geseran yang ada.
Asas Lever
Tuas yang mudah adalah tongkat semulajadi yang bersifat bebas untuk berputar mengenai titik tetap yang dipanggil a titik tumpuan jika daya digunakan untuk tuil. Titik tumpu boleh terletak pada jarak di sepanjang panjang tuil. Sekiranya tuil mengalami daya dalam bentuk tork, yang merupakan kuasa yang bertindak ke atas paksi putaran, tuil tidak akan bergerak dengan syarat jumlah kuasa (tork) yang bertindak pada rod adalah sifar.
Tork adalah produk daya yang digunakan ditambah jarak dari fulcrum. Oleh itu sistem yang terdiri daripada tuas tunggal tertakluk kepada dua daya F1 dan F2 pada jarak x1 dan x2 dari fulcrum berada dalam keseimbangan apabila F1x1 = F2x2.
Di antara tafsiran sah yang lain, hubungan ini bermakna bahawa kekuatan yang kuat yang bertindak dalam jarak yang pendek boleh dengan tepat mengimbangi (dengan menganggap tiada kehilangan tenaga akibat geseran) oleh kekuatan lemah yang bertindak lebih jauh, dan secara berkadar.
Tork dan Moments dalam Fizik
Jarak dari fulcrum ke titik di mana daya dikenakan kepada tuas dikenali sebagai lengan tuas, atau lengan masa. (Dalam persamaan ini, ia telah dinyatakan menggunakan "x" untuk kesederhanaan visual; sumber lain boleh menggunakan huruf kecil "l.")
Torque tidak perlu bertindak pada sudut yang betul untuk penguat, walaupun untuk mana-mana daya yang digunakan, sudut yang betul (iaitu, 90 °) menghasilkan jumlah maksima daya kerana, untuk hanya perkara yang agak, dosa 90 ° = 1.
Untuk objek yang berada dalam keseimbangan, jumlah kuasa dan torque yang bertindak pada objek itu mestilah sama dengan sifar. Ini bermakna bahawa semua torque mengikut arah jam mestilah seimbang sama dengan torque lawan jam.
Terminologi dan Jenis Levers
Biasanya, idea memohon tuas kepada tuas adalah untuk menggerakkan sesuatu dengan "memanfaatkan" kompromi dua hala yang terjamin antara lengan kuasa dan tuas. Kuasa yang anda cuba lawan dipanggil daya rintangan, dan daya input anda sendiri dikenali sebagai daya usaha. Oleh itu, anda boleh memikirkan daya output sebagai mencapai nilai daya rintangan pada masa itu objek mula berputar (iaitu, apabila keadaan keseimbangan tidak lagi dipenuhi.
Terima kasih kepada hubungan antara kerja, kekuatan dan jarak, MA boleh ini dinyatakan sebagai
MA = Fr/ Fe = de/ dr
Di mana de adalah jarak lengan usaha bergerak (bercakap secara bergiliran) dan dr adalah jarak lengan tuas rintangan bergerak.
Levers masuk tiga jenis.
Contoh Lever Compound
A tuil kompaun adalah satu siri tuas yang bertindak secara konsert, supaya daya output satu tuas menjadi daya input tuas seterusnya, dengan itu membolehkan pada akhirnya untuk tahap pendaraban berkekuatan tinggi.
Kekunci piano mewakili satu contoh hasil yang indah yang boleh timbul daripada membina mesin yang memaparkan pengikat majmuk. Satu contoh yang lebih mudah untuk digambarkan adalah set tipikal gunting kuku. Dengan ini, anda menggunakan daya untuk pemegang yang menarik dua kepingan logam bersama-sama terima kasih kepada skru. Pemegang itu disambungkan ke bahagian atas logam dengan skru ini, menghasilkan satu titik, dan kedua-dua bahagian itu disambungkan dengan titik kedua di bahagian belakang.
Perhatikan bahawa apabila anda memohon kuasa kepada pemegang, ia bergerak lebih jauh (jika hanya satu inci atau lebih) daripada dua ujung yang tajam, yang hanya perlu memindahkan beberapa milimeter untuk ditutup bersama dan melakukan tugas mereka. Kekuatan yang anda gunakan mudah dikalikan terima kasih kepada dr begitu kecil.
Pengiraan Tenaga Lengan Lengan
Kekuatan 50 newtons (N) digunakan mengikut arah jam pada jarak 4 meter (m) dari fulcrum. Daya apa yang harus digunakan pada jarak 100 m di sisi lain fulcrum untuk mengimbangi beban ini?
Di sini, tetapkan pembolehubah dan tetapkan nisbah mudah. F1= 50 N, x1 = 4 m dan x2 = 100 m.
Anda tahu bahawa F1x1 = F2x2, jadi x2 = F1x1/ F2 = (50 N) (4 m) / 100m = 2 N.
Oleh itu hanya satu kekuatan kecil yang dibutuhkan untuk mengimbangi beban rintangan, selagi anda sanggup bertahan panjang lapangan bola sepak untuk menyelesaikannya!