Сложный рычаг
Сложный рычаг — это простая машина, работающая на основе того, что сопротивление одного рычага в системе рычагов действует как усилие для следующего, и, таким образом, приложенная сила передается от одного рычага к другому. Почти все весы используют для работы какой-либо составной рычаг. Другие примеры включают кусачки для ногтей и клавиши фортепиано .
Механическое преимущество
[ редактировать ]
Рычаг приложенную использует точку опоры для подъема груза, используя и усиливая силу . На практике обстоятельства могут помешать использованию одного рычага для достижения желаемого результата. [1] например, ограниченное пространство, неудобное расположение точки приложения равнодействующей силы или непомерно высокая длина необходимого плеча рычага. В этих условиях применяют комбинации простых рычагов, называемые сложными рычагами. Составные рычаги могут быть построены из рычагов первого, второго и/или третьего порядка. Во всех типах составных рычагов действует правило: сила, умноженная на силовой рычаг, равна весу, умноженному на весовой рычаг. Выход одного рычага становится входом для следующего рычага в системе, и таким образом преимущество увеличивается.
На рисунке слева показан составной рычаг, образованный из двух первоклассных рычагов, а также краткое объяснение того, как вычислить механическое преимущество. Учитывая указанные размеры, механическое преимущество W/F можно рассчитать как 10 / 3 × 9/4 что означает , = 7,5, что приложенная сила в 1 фунт (или 1 кг) может поднять груз массой 7,5 фунтов (или 7,5 кг).
Альтернативно, если положение точки опоры на рычаге AA' было изменено так, что A1 = 4 единицы и A2 = 9 единиц, то механическое преимущество W/F рассчитывается как 4 / 9 × 9/4 = 1 , что означает, что приложенная сила поднимет эквивалентный вес и механическое преимущество отсутствует. Обычно это не является целью сложной рычажной системы, хотя в редких ситуациях геометрия может соответствовать определенной цели.
Расстояния, используемые при расчете механического преимущества, измеряются перпендикулярно силе. В примере кусачек для ногтей справа (составной рычаг, состоящий из рычагов класса 2 и класса 3), поскольку усилие прикладывается вертикально (то есть не перпендикулярно рычагу), измеряются расстояния до соответствующих точек опоры. горизонтально, а не вдоль рычага. В этом примере W/F 7 + 1 / 1 × 6/6 = + 2 6. Обратите внимание, что (7 + 1) см = 8 см — это расстояние от точки приложения усилия до точки опоры первого рычага, перпендикулярное приложенному усилию.
Примеры
[ редактировать ]
Несколькими примерами составного рычага являются весы, тормоза поезда и распространенный тип кусачек для ногтей . Другим примером является пресс для локтевого сустава, который используется при печати, формовании или ручной загрузке пуль, чеканке монет и медалей, а также при пробивании отверстий. Сложные весы используются для взвешивания тяжелых предметов. Все они используют несколько рычагов для увеличения силы для достижения определенной цели. Тормоз поезда передает силу, отталкивающую ручку назад, на рычаги, и они трутся о колеса, используя трение, чтобы замедлить и в конечном итоге остановить поезд. Это повседневное применение этого механизма.
Клавиша фортепиано представляет собой составной рычаг первого класса, поскольку точка опоры находится между перемещаемым весом и силой. Назначение этого рычага — перевести небольшое движение (нажатие клавиши) в более крупное и быстрое движение молоточка по струнам. Качество получаемого тона зависит от того, достигается ли конечная скорость постепенным или внезапным движением клавиши. [2]
Молоточек — , наковальня и стремечко это небольшие косточки (косточки) в среднем ухе виде сложных рычагов, которые передают звуковые волны от барабанной перепонки к овальному окну улитки , соединенные в .
История
[ редактировать ]Самые ранние сохранившиеся записи о рычагах датируются III веком до нашей эры и были предоставлены Архимедом . « Дайте мне точку опоры, и я переверну землю с помощью рычага » — замечание, приписываемое Архимеду, который формально сформулировал правильный математический принцип рычагов (цитируется Паппом Александрийским). [3]
Один из самых ранних примеров составного рычага относится к спусковым механизмам арбалетов династии Хань (202 г. до н.э. - 220 г. н.э.), в которых использовался тройной составной рычаг. Такой механизм помещался внутри самой приклада арбалета. [4] Идея составного рычага приписывается изобретателю Бирмингема из Джону Вятту в 1743 году. [5] когда он разработал весы , в которых использовались четыре составных рычага для передачи груза с платформы для взвешивания на центральный рычаг, с помощью которого можно было измерить вес. [6]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Журнал «Популярная механика», апрель 1924 г., с. 615-617
- ^ Прессер Т, Кук Дж.Ф. Этюд. Т. Прессер, 1916, с. 497
- ^ Маккей, Алан Линдси (1991). «Архимед около 287–212 до н.э.». Словарь научных цитат . Лондон: Тейлор и Фрэнсис. п. 11.
- ^ Хэлдон, Джон (2017). Византийская война . Лондон: Тейлор и Фрэнсис.
- ^ Чеккарелли, Марко (2007). Выдающиеся деятели в области механизмов и машиноведения: их вклад и наследие . Дордрехт: Спрингер. п. 16. ISBN 978-1-4020-6365-7 . Проверено 17 января 2010 г.
Затем в 1743 году Джон Вятт (1700–1766) представил идею составного рычага, в котором два или более рычага работают вместе для дальнейшего уменьшения усилия.
- ^ «История взвешивания» . Эйвери Вейт-Троникс. Архивировано из оригинала 2 марта 2012 г. Проверено 17 января 2010 г.