Sejak zaman purba, manusia telah berusaha dengan apa jua cara untuk memudahkan kerja fizikal mereka. Mekanisme mudah telah menjadi cara untuk menyelesaikan masalah ini. Artikel ini membincangkan ciptaan seperti tuil dan bongkah, serta sistem tuas dan bongkah.
Apakah itu leverage dan bilakah ia digunakan?
Mungkin semua orang sudah biasa dengan mekanisme mudah ini sejak kecil. Dalam fizik, tuas ialah gabungan rasuk (rod, papan) dan satu sokongan. Berfungsi sebagai tuas untuk mengangkat berat atau untuk menghantar kelajuan kepada badan. Bergantung pada kedudukan sokongan di bawah rasuk, tuil boleh membawa kepada keuntungan sama ada dalam kuasa atau dalam pergerakan beban. Harus dikatakan bahawa tuil tidak membawa kepada pengurangan kerja sebagai kuantiti fizikal, ia hanya membenarkan anda mengagihkan semula pelaksanaannya dengan cara yang mudah.
Man telah menggunakan leverage sejak sekian lama. Jadi, terdapat bukti bahawa ia digunakan oleh orang Mesir kuno dalam pembinaan piramid. Penerangan matematik pertama tentang kesan tuas bermula pada abad ke-3 SM dan kepunyaan Archimedes. Penjelasan moden tentang prinsip operasi mekanisme ini melibatkankonsep momen daya timbul hanya pada abad ke-17, semasa pembentukan mekanik klasik Newton.
Peraturan tuas
Bagaimanakah tuil berfungsi? Jawapan kepada soalan ini terkandung dalam konsep momen daya. Yang terakhir dipanggil nilai sedemikian, yang diperoleh hasil daripada mendarab lengan daya dengan modulusnya, iaitu:
M=Fd
Lengan daya d ialah jarak dari titik tumpu ke titik penggunaan daya F.
Apabila tuas melakukan tugasnya, terdapat tiga daya berbeza yang bertindak ke atasnya:
- daya luar yang dikenakan, contohnya, oleh seseorang;
- berat beban yang ingin digerakkan oleh seseorang dengan tuil;
- tindak balas sokongan yang bertindak dari sisi sokongan ke rasuk tuil.
Tindak balas sokongan mengimbangi dua daya yang lain, jadi tuil tidak bergerak ke hadapan di angkasa. Agar ia tidak juga melakukan gerakan putaran, adalah perlu bahawa jumlah semua momen daya adalah sama dengan sifar. Momen daya sentiasa diukur secara relatif kepada beberapa paksi. Dalam kes ini, paksi ini ialah titik tumpu. Dengan pilihan paksi ini, bahu tindakan daya tindak balas sokongan akan sama dengan sifar, iaitu, daya ini mencipta momen sifar. Rajah di bawah menunjukkan tuil biasa jenis pertama. Anak panah menandakan daya luar F dan berat beban R.
Tuliskan jumlah detik untuk daya ini, kita ada:
RdR+ (-FdF)=0
Kesamaan kepada sifar jumlah momen memastikan ketiadaan putaran lengan tuil. sekejapdaya F diambil dengan tanda negatif kerana daya ini cenderung untuk memusingkan tuil mengikut arah jam, manakala daya R cenderung untuk membuat pusingan ini mengikut lawan jam.
Menulis semula ungkapan ini dalam bentuk berikut, kami memperoleh keadaan keseimbangan untuk tuil:
RdR=FdF;
dR/dF=F/R
Kami telah memperoleh kesamaan bertulis menggunakan konsep momen daya. Pada abad III SM. e. Ahli falsafah Yunani tidak mengetahui tentang konsep fizikal ini, namun begitu, Archimedes mewujudkan hubungan songsang antara nisbah daya yang bertindak pada lengan tuas dan panjang lengan ini hasil daripada pemerhatian eksperimen.
Persamaan yang direkodkan menunjukkan bahawa pengurangan panjang lengan dR menyumbang kepada kemunculan kemungkinan mengangkat beban besar dengan bantuan daya kecil F dan a lengan panjang dF R kargo.
Apakah blok dalam fizik?
Block ialah satu lagi mekanisme mudah, iaitu silinder bulat dengan alur di sepanjang perimeter permukaan silinder. Alur berfungsi untuk mengikat tali atau rantai. Bongkah mempunyai paksi putaran. Rajah menunjukkan contoh blok yang menunjukkan cara ia berfungsi.
Blok ini dipanggil tetap. Ia tidak memberikan kelebihan dalam kekuatan, tetapi membolehkan anda mengubah arahnya.
Selain blok tetap, terdapat blok bergerak. Sistem blok alih dan tetap ditunjukkan di bawah.
Jika peraturan momen digunakan pada sistem ini, maka kita dapatkeuntungan dalam kekuatan adalah dua kali ganda, tetapi pada masa yang sama kita kehilangan jumlah yang sama dalam perjalanan (dalam rajah F=60 N).
Sistem tuas dan blok
Seperti yang dinyatakan dalam perenggan sebelumnya, leverage boleh digunakan untuk mendapatkan laluan atau kuasa, manakala blok membolehkan anda memperoleh kuasa dan menukar arah tindakannya. Ciri-ciri mekanisme mudah yang dianggap ini digunakan dalam sistem tuas dan blok. Dalam sistem ini, setiap elemen mengambil sedikit daya dan memindahkannya ke elemen lain supaya kita mendapat daya asal sebagai output.
Kemudahan pengendalian tuil dan blok serta fleksibiliti penggunaan strukturnya memungkinkan untuk menyusun mekanisme kompleks daripada gabungan sedemikian.
Contoh penggunaan sistem mekanisme mudah
Malah, mana-mana mesin yang mengelilingi kita adalah sistem tuas dan blok. Berikut ialah contoh yang paling terkenal:
- mesin taip;
- piano;
- kren;
- perancah lipat;
- katil dan meja boleh laras;
- satu set tulang, sendi dan otot manusia.
Jika daya input dalam setiap sistem ini diketahui, maka daya output boleh dikira dengan menggunakan peraturan tuas secara berturut-turut pada setiap elemen sistem.
