Piedziņas skriemelis neizmanto degvielu vai elektrību, un tas pats nedarbojas, taču tā joprojām ir mašīna. Ne mašīna tādā veidā, kā vārdu definē Merriam-Webster vārdnīca, bet gan mašīna tādā veidā, kā inženieri definē vārdu: "Vienkāršas mašīnas ir ierīces, kuras var izmantot, lai reizinātu vai palielinātu mūsu pielietoto spēku - bieži uz tā attāluma rēķina, caur kuru mēs pielietojam spēku. "
kredīts: gaspr13 / iStock / GettyImages Cik lielu svaru ņem skriemelis?Katrai mašīnai ir mehāniska priekšrocība
Vienkāršo mašīnu sarakstā ir preces, kuras cilvēki izmanto katru dienu, piemēram, āmuri, skrūvgrieži un durvju rokturi. Visi šie agregāti ietilpst vienā no sešām vienkāršo mašīnu klasiskajām kategorijām. Šīs kategorijas ir:
- Ritenis un ass
- Skriemelis
- Svira
- Slīpa plakne
- Skrūve
- Ķīlis
Daži zinātnieki skrūvi un ķīli uzskata par īpaša veida slīpām plaknēm, kas samazina sarakstu līdz četriem ierakstiem. Jūs pat varat uzskatīt skriemeli par īpašu riteņa un ass gadījumu un samazināt sarakstu līdz trim vienībām. Neatkarīgi no tā, cik vienību ir sarakstā, trīsi var klasificēt kā mašīnu.
Mašīnas izejas spēka attiecība pret spēku, kuru jūs tai pieliekat, ir pazīstama kā mašīnas spēks mehāniskā priekšrocība (MA). Lai mašīna būtu mašīna, izvades spēkam jābūt lielākam par ieejas spēku, kas nozīmē, ka mehāniskajai priekšrocībai vienmēr jābūt lielākai par 1. Jo lielāka ir mehāniskā priekšrocība, jo mazāks spēks, kas jums jāievada mašīnā, lai to izveidotu darbs.
Piedziņas sistēmas mehāniskās priekšrocības
Piedziņas sistēmas mehāniskās priekšrocības var aprēķināt, aprēķinot spēku, kas vajadzīgs kravas pacelšanai līdz noteiktam augstumam bez skriemeļa (izejas spēks, FO) un pēc tam aprēķina spēku, kas vajadzīgs, lai to izdarītu ar skriemeli (ieejas spēks FEs). Mehāniskā priekšrocība ir izejas spēka un ieejas spēka attiecība: MA = FO/ FEs. Jo mazāks ir ieejas spēks attiecībā pret izejas spēku, jo lielākas ir mehāniskās priekšrocības.
Vienkāršai skriemeļu sistēmai smieklīgi ir viegli aprēķināt tās mehāniskās priekšrocības. Jūs vienkārši saskaitāt virvju skaitu, kas atbalsta kravu.
Tiklīdz jūs zināt mehāniskās priekšrocības, varat aprēķināt spēku, kas vajadzīgs zināma svara celšanai. Spēks un svars nozīmē vienu un to pašu, tāpēc, aprēķinot mehāniskās priekšrocības, jūs varēsit izdomāt skriemeļa slodzes samazinājumu.
Lai iegūtu mehānisku priekšrocību, jums ir jāvelk vairāk virvju
"Pagaidiet," jūs sakāt. "Kā jūs zināt, ka mehāniskā priekšrocība ir vienāda ar virvju skaitu?" Lai atbildētu uz šo jautājumu, jums jāzina, ko darbs ir, un nav tāds darbs, kādu jūs darāt savā 9 līdz 5 darbā.
Ciktāl tas attiecas uz fiziķiem, jūs strādājat (W), pieliekot spēku (F) no attāluma (d). Jūs aprēķināt darbu, reizinot spēku ar attālumu:
W = F • d.
Darbs ir saistīts ar enerģiju, un, tā kā viens no fundamentālākajiem dabas likumiem ir tas, ka enerģija vienmēr tiek taupīta, darbs ir jāsaudzē. Ja skriemeļa sistēmai pieliktais spēks ir mazāks par spēku, kas nepieciešams kravas pacelšanai, kaut kas jāmaina, lai padarītā darba apjoms būtu vienāds ar slodzes pacelšanai nepieciešamo darbu.
Mainīgais daudzums ir attālums. Izmantojot skriemeļa sistēmu, slodzes celšanai tiek pielietots mazāks spēks, bet, lai paceltu kravu līdz noteiktam augstumam, jums ir jāvelk vairāk virvju. Ja jums ir divkārša skriemeļa sistēma, jums ir jāvelk divreiz vairāk virves; trīskāršā skriemeļa sistēmā jums ir jāvelk trīs reizes vairāk utt. Faktiski jebkurai skriemeļa sistēmai jūs varat aprēķināt papildu virves daudzumu, kas jums jāvelk, saskaitot virvju skaitu, kas atbalsta slodzi.
Svara, spēka un skriemeļa slodzes samazināšana
Svars un spēks nav atšķirīgi daudzumi. Objekta svars nav nekas cits kā spēks, ko tam rada gravitācija, tāpēc, paceļot priekšmetu, jums jāpieliek spēks, kas vienāds ar gravitācijas spēku. Ja jums ir viena skriemeļa sistēma, skriemelis ļauj novilkt virvi, nevis uz augšu, kas noteikti ir vieglāk, taču piespiest jūs izdarīt joprojām ir vienāds ar kravas svars tu cel.
Ja pievienojat skriemeli zem pirmā, apvelciet virvi ap abiem skriemeļiem un pārtrauciet slodzi no otrā skriemeļa, tagad slodzi atbalsta divas virves. Tādēļ šīs jaunās, uzlabotās skriemeļu sistēmas mehāniskās priekšrocības ir 2, un tas nozīmē, ka jums būs jāpieliek tikai spiediens spēks, kas vienāds ar pusi no kravas svara to pacelt. Apturiet trešo skriemeli no pirmā, cilpu virvi cauri tā, lai trīs virves aptur slodzi, un spēks, kas jums jāpieliek, lai paceltu kravu, ir tikai viena trešdaļa no tās svara.
Jūs kopumā varētu teikt, ka skriemeļa slodzes samazināšana ir virvju skaita savstarpēja, kas atbalsta slodzi, bet dažām praktiskām skriemeļu sistēmām ir vairāk nekā četras virves. Līdz ar to maksimālā skriemeļa slodzes samazināšana, ko varat realizēt, ir viena ceturtdaļa no kravas svara. Patiesībā faktiskais slodzes samazinājums ir nedaudz mazāks par šo, jo jums jāņem vērā berze skriemeļos.
Trīša svara kalkulatora piemērs
Pieņemsim, ka jūs pats varat pacelt 200 mārciņu cilvēku, bet tas ir jūsu svarcelšanas spēju ierobežojums. Vai jūs varētu izveidot skriemeļa sistēmu, lai paceltu 2000 mārciņu smagu automašīnu? Droši vien ne tāpēc, ka pat četru skriemeļu sistēma samazinātu svaru tikai par ceturtdaļu, un tas joprojām ir 500 mārciņas.
Pieņemsim, ka jūs varētu izveidot pāris skriemeļu sistēmas un panākt, lai draugs, kurš ir tikpat spēcīgs kā jūs, izvelk vienu no tiem. Jums joprojām būtu problēmas, bet jūs, iespējams, varētu to izdarīt, jo katrs skriemelis paceltu pusi svara jeb 1000 mārciņas, un ceturtā daļa no šī svara ir 250 mārciņas. Tomēr, ja jūs darbam pievienotu trešo skriemeli un trešo personu, katrai personai būtu jāpieliek tikai 167 mārciņas spēka, kas labi atbilst viņu spējām, tāpēc šī sistēma darbosies viegli.
Skriemeļa svara kalkulators nav atkarīgs no tā, kurš svars pacelsies vispirms, kad virvi velk, jo, ja viens cilvēks velk pirms pārējie divi to dara, automašīna nepakustēsies. Visiem trim cilvēkiem ir jāvelk vienlaicīgi, lai pareizi sadalītu kravu un vienmērīgi sadalītu svaru starp trim skriemeļiem. Kad trīs cilvēki strādā vienlaicīgi, faktiski ir 12 virves, kas atbalsta automašīnu, kas padara trīša sistēmas 12 mehāniskās priekšrocības un samazina lietderīgo spēku, kas nepieciešams, lai paceltu transportlīdzekli līdz 2000 ÷ 12 = 167 mārciņām.
