Sedert antieke tye het die mensdom op enige manier probeer om hul fisiese arbeid te vergemaklik. Eenvoudige meganismes het 'n manier geword om hierdie probleem op te los. Hierdie artikel bespreek uitvindings soos die hefboom en blok, sowel as die stelsel van hefbome en blokke.
Wat is hefboomfinansiering en wanneer is dit gebruik?
Waarskynlik is almal van kleins af vertroud met hierdie eenvoudige meganisme. In fisika is 'n hefboom 'n kombinasie van 'n balk (staaf, bord) en een steun. Dien as 'n hefboom om gewigte op te lig of om spoed aan liggame te kommunikeer. Afhangende van die posisie van die ondersteuning onder die balk, kan die hefboom lei tot 'n wins óf in krag óf in die beweging van vragte. Daar moet gesê word dat die hefboom nie tot 'n vermindering in werk as 'n fisiese hoeveelheid lei nie, dit laat jou net toe om die uitvoering daarvan op 'n gerieflike manier te herverdeel.
Man gebruik al lankal hefboom. So, daar is bewyse dat dit deur die antieke Egiptenare gebruik is in die bou van die piramides. Die eerste wiskundige beskrywing van die effek van die hefboom dateer uit die 3de eeu vC en behoort aan Archimedes. 'N Moderne verduideliking van die beginsel van werking van hierdie meganisme wat behelsdie konsep van die kragmoment het eers in die 17de eeu ontstaan, tydens die vorming van Newton se klassieke meganika.
hefboomreël
Hoe werk die hefboom? Die antwoord op hierdie vraag is vervat in die konsep van die oomblik van krag. Laasgenoemde word so 'n waarde genoem, wat verkry word as gevolg van die vermenigvuldiging van die arm van die krag met sy modulus, dit wil sê:
M=Fd
Die arm van krag d is die afstand vanaf die steunpunt tot die punt van toepassing van krag F.
Wanneer 'n hefboom sy werk doen, is daar drie verskillende kragte wat daarop inwerk:
- eksterne krag wat byvoorbeeld deur 'n persoon toegepas word;
- die gewig van die vrag wat 'n persoon met 'n hefboom wil beweeg;
- reaksie van die steun wat vanaf die kant van die steun na die hefboombalk inwerk.
Die reaksie van die steun balanseer die ander twee kragte, so die hefboom beweeg nie vorentoe in die ruimte nie. Ten einde dit nie ook rotasiebeweging uit te voer nie, is dit nodig dat die som van alle momente van kragte gelyk is aan nul. Die kragmoment word altyd relatief tot een of ander as gemeet. In hierdie geval is hierdie as die steunpunt. Met hierdie keuse van as sal die skouer van die aksie van die reaksiekrag van die ondersteuning gelyk wees aan nul, dit wil sê, hierdie krag skep 'n nul-moment. Die figuur hieronder toon 'n tipiese hefboom van die eerste soort. Die pyle merk die eksterne krag F en die gewig van die las R.
Skryf die som van die momente vir hierdie kragte neer, ons het:
RdR+ (-FdF)=0
Gelykheid tot nul van die som van momente verseker die afwesigheid van rotasie van die hefboomarms. Oomblikkrag F word met 'n negatiewe teken geneem omdat hierdie krag geneig is om die hefboom kloksgewys te draai, terwyl die krag R geneig is om hierdie draai antikloksgewys te maak.
Deur hierdie uitdrukking in die volgende vorme te herskryf, kry ons die ewewigstoestande vir die hefboom:
RdR=FdF;
dR/dF=V/R
Ons het die geskrewe gelykhede verkry deur die konsep van die oomblik van krag te gebruik. In die III eeu vC. e. Griekse filosowe het nie geweet van hierdie fisiese konsep nie, nietemin het Archimedes 'n omgekeerde verhouding vasgestel tussen die verhouding van die kragte wat op die arms van die hefboom inwerk en die lengte van hierdie arms as gevolg van eksperimentele waarnemings.
Die aangetekende gelykhede toon dat 'n afname in die lengte van die arm dR bydra tot die ontstaan van die moontlikheid om groot gewigte op te lig met behulp van 'n klein krag F en 'n langarm dF R vrag.
Wat is 'n blok in fisika?
Blok is nog 'n eenvoudige meganisme, wat 'n ronde silinder is met 'n groef langs die omtrek van die silindriese oppervlak. Die voor dien om die tou of ketting vas te maak. Die blok het 'n rotasie-as. Die figuur toon 'n voorbeeld van 'n blok wat demonstreer hoe dit werk.
Hierdie blok word vas genoem. Dit gee nie 'n toename in krag nie, maar laat jou toe om sy rigting te verander.
Behalwe die vaste blok, is daar 'n bewegende blok. Die verskuifbare en vaste blokstelsel word hieronder getoon.
As die reël van oomblikke op hierdie stelsel toegepas word, dan kry onsdie toename in sterkte is twee keer, maar terselfdertyd verloor ons dieselfde hoeveelheid op pad (in die figuur F=60 N).
Die stelsel van hefbome en blokke
Soos genoem in die vorige paragrawe, kan hefboom gebruik word om pad of krag te verkry, terwyl blok jou toelaat om krag te verkry en die rigting van sy aksie te verander. Hierdie eienskappe van die beskoubare eenvoudige meganismes word gebruik in stelsels van hefbome en blokke. In hierdie stelsels neem elke element 'n mate van krag en dra dit oor na ander elemente sodat ons die oorspronklike krag as 'n uitset kry.
Die gemak van werking van die hefboom en die blok en die buigsaamheid van hul strukturele gebruik maak dit moontlik om komplekse meganismes uit so 'n kombinasie saam te stel.
Voorbeelde van die gebruik van stelsels van eenvoudige meganismes
Trouens, enige masjiene wat ons omring, is stelsels van hefbome en blokke. Hier is die bekendste voorbeelde:
- tikmasjien;
- klavier;
- kraan;
- vou-steierwerk;
- verstelbare beddens en tafels;
- 'n stel menslike bene, gewrigte en spiere.
As die insetkrag in elk van hierdie stelsels bekend is, kan die uitsetkrag bereken word deur die hefboomreël opeenvolgend op elke element van die stelsel toe te pas.
