Устройство механического преимущества

, Простая машина обладающая механическим преимуществом , называется устройством с механическим преимуществом , например:

Рычаг : Показанная балка находится в статическом равновесии вокруг точки опоры . Это связано с тем, что момент, создаваемый векторной силой «А» против часовой стрелки (момент A *a), находится в равновесии с моментом, создаваемым векторной силой «B» по часовой стрелке (момент B *b). Относительно низкая векторная сила «В» преобразуется в относительно высокую векторную силу «А» . Таким образом, сила увеличивается в отношении сил A:B , которое равно отношению расстояний до точки опоры b:a . Это соотношение называется механическим преимуществом. Эта идеализированная ситуация не учитывает трение.
Движение колеса и оси (например, отвертки , дверные ручки ): Колесо по существу представляет собой рычаг, один рычаг которого соответствует расстоянию между осью и внешней точкой колеса, а другой — радиусу оси. Обычно это довольно большая разница, приводящая к пропорционально большому механическому преимуществу. Это позволяет даже простым колесам с деревянными осями, установленными в деревянных брусках, свободно вращаться, поскольку их трение подавляется вращательной силой колеса, умноженной на механическое преимущество.
Блок и захват из нескольких шкивов создают механическое преимущество за счет того, что гибкий материал по очереди наматывается на несколько шкивов. Добавление большего количества петель и шкивов увеличивает механическое преимущество.
Винт : Винт представляет собой наклонную плоскость, обернутую вокруг цилиндра. Преодоление подъема этой наклонной плоскости является механическим преимуществом винта. ^[1]

Шкивы

Подумайте о том, чтобы поднять вес с помощью веревки и блоков. Веревка, продетая через блок, прикрепленный к фиксированному месту, например, стропилу крыши сарая, и прикрепленная к грузу, называется одиночным блоком . Он имеет механическое преимущество (MA) = 1 (при условии, что в шкиве есть подшипники без трения), перемещение не имеет механического преимущества (или недостатка), каким бы выгодным ни было изменение направления.

Одиночный подвижный шкив имеет MA, равный 2 (при условии наличия в шкиве подшипников качения). Рассмотрим блок, прикрепленный к поднимаемому весу. Вокруг него проходит веревка, один конец которой прикреплен к фиксированной точке наверху, например, к стропилу крыши сарая, а к другому концу прикладывается тянущая сила, причем две длины параллельны. В этой ситуации расстояние, которое атлет должен тянуть за веревку, становится в два раза больше расстояния, на которое проходит вес, что позволяет уменьшить приложенную силу вдвое. Примечание: если для изменения направления веревки используется дополнительный блок, например, человек, выполняющий работу, хочет стоять на земле, а не на стропиле, механическое преимущество не увеличивается.

Обматывая больше веревок вокруг большего количества блоков, мы можем построить блок и снасть, чтобы продолжать увеличивать механическое преимущество. Например, если у нас есть два блока, прикрепленных к стропилу, два блока, прикрепленных к грузу, один конец, прикрепленный к стропилу, и кто-то, стоящий на стропиле и тянущий веревку, у нас есть механическое преимущество, равное четырем. Еще раз обратите внимание: если мы добавим еще один блок, чтобы кто-то мог стоять на земле и тянуть вниз, у нас все равно будет механическое преимущество в четыре.

Вот примеры, где фиксированная точка не очевидна:

Ремешок на липучке на обуви проходит через прорезь и складывается сам по себе. Прорезь представляет собой подвижный шкив и MA = 2.
Две веревки удерживали пандус, прикрепленный к приподнятой платформе. Бочку накатывают на канаты, веревки пропускают через бочку и передают двум рабочим наверху пандуса. Рабочие тянут веревки вместе, чтобы поднять бочку наверх. Ствол представляет собой подвижный блок и MA = 2. Если в месте зажатия веревки между бочкой и пандусом достаточно трения, точка защемления становится точкой крепления. Это считается фиксированной точкой крепления, поскольку веревка над бочкой не перемещается относительно пандуса. Альтернативно концы веревки можно прикрепить к платформе.

Винты

Теоретическое механическое преимущество винта можно рассчитать по следующему уравнению: ^[2]

MA={\frac {\pi d_{m}}{l}}

где

d _m = средний диаметр резьбы

l = шаг резьбы

Обратите внимание, что фактическое механическое преимущество винтовой системы больше, поскольку отвертка или другая система завинчивания винтов также имеет механическое преимущество.

Наклонная плоскость : MA = длина склона ÷ высота склона.

См. также

Ссылки

Примечания

^ Фишер, стр. 69–70.
^ Бюро военно-морского персонала США, с. 5-4.

Библиография

Фишер, Лен (2003), Как замочить пончик: наука повседневной жизни , Arcade Publishing, ISBN 978-1-55970-680-3 .
Бюро военно-морского персонала США (1971), Основные машины и как они работают (пересмотренное издание 1994 г.), Courier Dover Publications, ISBN 978-0-486-21709-3 .

Внешние ссылки

[1] Фишер, стр. 69–70.

[2] Бюро военно-морского персонала США, с. 5-4.

[1]

[2]