A szíjtárcsa nem használ üzemanyagot vagy áramot, és önmagában sem működik, de mégis gép. Nem egy olyan gépet, ahogyan a szót a Merriam-Webster szótár határozza meg, hanem egy olyan gépről, ahogyan a mérnökök meghatározzák a szót: "Az egyszerű gépek olyan eszközök, amelyek felhasználhatók az általunk alkalmazott erő megsokszorozására vagy növelésére - gyakran azon távolság rovására, amelyen keresztül erőt alkalmazunk. "
jóváírás: gaspr13 / iStock / GettyImagesHány súly vesz fel egy csiga?Mindegyik gépnek van mechanikai előnye
Az egyszerű gépek listáján olyan tárgyak találhatók, amelyeket az emberek minden nap használnak, például kalapácsok, csavarhúzók és ajtógombok. Az összes ilyen eszköz az egyszerű gépek hat klasszikus kategóriájába tartozik. A kategóriák a következők:
- Kerék és tengely
- Csiga
- fogantyú
- Ferde sík
- Csavar
- Ék
Egyes tudósok a csavart és az éket különleges döntött síknak tekintik, ami a listát négy tételre csökkenti. A szíjtárcsát akár egy kerék és tengely különleges esetének tekintheti, és a listát három elemre csökkentheti. Nem számít, hány elem van a listán, azonban egy tárcsa gépnek minősül.
A gép kimeneti erőének és a rá alkalmazott erőnek az arányát nevezik mechanikai előny (MA). Ahhoz, hogy egy gép gép legyen, a kimeneti erőnek nagyobbnak kell lennie, mint a bemeneti erő, ami azt jelenti, hogy a mechanikai előnynek mindig 1-nél nagyobbnak kell lennie. Minél nagyobb a mechanikai előny, annál kevesebb erőt kell bevinnie a gépbe annak érdekében, hogy munka.
A görgőrendszer mechanikai előnye
A szíjtárcsa rendszer mechanikai előnye kiszámítható az erő kiszámításával, amely a teher bizonyos magasságra történő emeléséhez szükséges a görgő nélkül (a kimeneti erő, FO), majd kiszámítja a szükséges erőt a szíjtárcsa segítségével (az F bemeneti erő)én). A mechanikai előny a kimeneti erő és a bemeneti erő aránya: MA = FO/ Fén. Minél kisebb a bemeneti erő a kimeneti erőhöz képest, annál nagyobb a mechanikai előny.
Egy egyszerű tárcsás rendszer esetén nevetségesen könnyű kiszámítani annak mechanikai előnyeit. Csak meg kell számolnia a köteleket, amelyek támogatják a rakományt.
Miután megismerte a mechanikai előnyt, kiszámíthatja az ismert súly emeléséhez szükséges erőt. Az erő és a súly ugyanazt jelent, tehát a mechanikai előny kiszámításával kitalálhatja a szíjtárcsa terhelésének csökkentését.
A mechanikai előny elérése érdekében több kötéket kell húznia
- Várj - mondod. "Honnan tudja, hogy a mechanikai előny megegyezik a kötelek számával?" A kérdés megválaszolásához tudnia kell, mit munka az, és nem az a fajta munka, amelyet 9 és 5 között végez.
A fizikusokat illetően a (W) erőt (F) egy (d) távolságon keresztül alkalmazva végezhet munkát. A munkát úgy számítja ki, hogy megszorozza az erőt a távolsággal:
W = F • d.
A munka az energiával kapcsolatos, és mivel a természet egyik legfontosabb törvénye az, hogy az energiát mindig megtakarítsák, a munkát meg kell őrizni. Ha a tárcsarendszerre kifejtett erő kisebb, mint a rakomány felemeléséhez szükséges erő, akkor valaminek meg kell változnia ahhoz, hogy az elvégzett munka nagysága megegyezzen a rakomány felemeléséhez szükséges munkával.
A változó mennyiség a távolság. Kevesebb erőt alkalmaz a rakomány felemeléséhez, ha szíjtárcsás rendszert használ, de több kötéllel kell húznia, hogy a rakományt egy adott magasságra emelje. Ha van kettős szíjtárcsás rendszere, kétszer annyit kell kötélen húznia; egy hármas tárcsás rendszerben háromszor annyit kell húznia, és így tovább. Valójában bármelyik szíjtárcsás rendszerhez kiszámíthatja a meghúzandó extra kötelek mennyiségét a terhelést támogató kötelek számának kiszámításával.
Súly, erő és csigaterhelés csökkentése
A súly és az erő nem különböznek egymástól. A tárgy súlya nem más, mint a gravitáció által rá kifejtett erő, tehát amikor egy tárgyat felemel, a gravitációs erővel megegyező erőt kell kifejtenie. Ha egyetlen görgőrendszerrel rendelkezik, akkor a szíjtárcsa lehetővé teszi, hogy felfelé húzza le a kötélen, ami feltétlenül könnyebb, de a erőszakot gyakorolsz továbbra is megegyezik a a rakomány súlya emelsz.
Ha az elsőnél a tárcsát hozzáteszi, a kötelet hurkolja mindkét görgő körül, és felfüggeszti a rakományt a második szíjtárcsáról, akkor a terhet most két kötél támasztja alá. Ezért az új, továbbfejlesztett tárcsarendszer mechanikai előnye 2, és ez azt jelenti, hogy csak erőt kell tennie erő, amely megegyezik a rakomány tömegének felével hogy felemelje. Felfüggesztsen egy harmadik tárcsát az elsőtől, hurkolja át a kötelet úgy, hogy három kötél felfüggeszti a terhet, és a rakomány felemelésére gyakorolt erő csak súlyának egyharmadát teszi ki.
Általánosságban elmondhatjuk, hogy a szíjtárcsa terhelésének csökkentése a terhet támogató kötelek számának viszonya, ám kevés gyakorlati csigarendszernél négynél több kötele van. Következésképpen a tárcsaterhelés maximális csökkentése, amelyet realizálhat, a teher súlyának egynegyede. A valóságban a tényleges terhelés enyhén ennél kisebb, mivel figyelembe kell venni a szíjtárcsák súrlódását.
Példa a csiga súlyszámológépre
Tegyük fel, hogy egy 200 fontos embert egyedül képes felemelni, de ez korlátozza a súlyemelő képességeit. Tervezne-e egy tárcsás rendszert egy 2000 kilós autó emelésére? Valószínűleg nem azért, mert még egy négytengelyes rendszer is csak egynegyedével csökkentené a súlyt, és ez még mindig 500 font.
Tegyük fel, hogy fel lehet szerelni egy pár tárcsás rendszert, és kaphat egy barátot, aki olyan erős, mint te, hogy húzza egyikét. Még mindig probléma merülne fel, de lehet, hogy megteszi, mert minden szíjtárcsa felemeli a súlyát, vagyis 1000 fontot, és ennek a súlyának egynegyede 250 font. Ha egy harmadik szíjtárcsát és egy harmadik embert hozzáadna a munkához, mindenkinek csak 167 font erőt kellene kifejtenie, ami jó képességükön belül van, így ez a rendszer könnyen működik.
A szíjtárcsa súlyszámolója nem függ attól, hogy melyik súly fog először emelkedni a kötél húzásakor, mert ha az egyik húzza a másik kettő előtt, az autó nem mozog. Mindhárom embernek egyszerre kell húzódnia, hogy megfelelően osztja el a rakományt, és egyenletesen osztja el a súlyt a három görgő között. Amikor a három ember egyidejűleg dolgozik, valójában 12 kötelek támasztják alá az autót, ami a 12 görgőrendszer mechanikai előnyeit kihasználja, és a jármű emeléséhez szükséges nettó erőt 2000–12 = 167 fontra csökkenti.
