Eski zamanlardan beri insanlık, fiziksel emeğini kolaylaştırmak için her yolu aradı. Basit mekanizmalar bu sorunu çözmenin bir yolu haline geldi. Bu makale, kaldıraç ve blok gibi buluşların yanı sıra kaldıraç ve blok sistemini tartışmaktadır.
Kaldıraç nedir ve ne zaman kullanıldı?
Muhtemelen herkes bu basit mekanizmaya çocukluğundan beri aşinadır. Fizikte bir kaldıraç, bir kiriş (çubuk, tahta) ve bir desteğin birleşimidir. Ağırlıkları kaldırmak veya vücutlara hız iletmek için bir kaldıraç görevi görür. Desteğin kirişin altındaki konumuna bağlı olarak, kol, ya kuvvette ya da yüklerin hareketinde bir kazanç sağlayabilir. Kaldıracın fiziksel bir miktar olarak işte bir azalmaya yol açmadığı, yalnızca uygulamasını uygun bir şekilde yeniden dağıtmanıza izin verdiği söylenmelidir.
İnsan uzun süredir kaldıraç kullanıyor. Yani eski Mısırlılar tarafından piramitlerin yapımında kullanıldığına dair kanıtlar var. Kaldıracın etkisinin ilk matematiksel açıklaması MÖ 3. yüzyıla kadar uzanır ve Arşimet'e aittir. Aşağıdakileri içeren bu mekanizmanın çalışma prensibinin modern bir açıklamasıkuvvet momenti kavramı ancak 17. yüzyılda Newton'un klasik mekaniğinin oluşumu sırasında ortaya çıktı.
Kol kuralı
Kol nasıl çalışır? Bu sorunun cevabı kuvvet momenti kavramında saklıdır. İkincisine, kuvvet kolunun modülü ile çarpılmasının bir sonucu olarak elde edilen böyle bir değer denir, yani:
M=Fd
d kuvvetinin kolu, dayanak noktasından F kuvvetinin uygulama noktasına kadar olan mesafedir.
Bir kaldıraç işini yaptığında, ona etki eden üç farklı kuvvet vardır:
- örneğin bir kişi tarafından uygulanan dış kuvvet;
- Kişinin kaldıraçla hareket ettirmeye çalıştığı yükün ağırlığı;
- Destek tarafından kaldıraç kirişine etki eden desteğin tepkisi.
Destek tepkisi diğer iki kuvveti dengeler, böylece kol uzayda ilerlemez. Ayrıca dönme hareketi yapmaması için tüm kuvvetlerin momentlerinin toplamının sıfıra eşit olması gerekir. Kuvvet momenti her zaman bir eksene göre ölçülür. Bu durumda, bu eksen dayanak noktasıdır. Bu eksen seçimi ile desteğin tepki kuvvetinin etkisinin omzu sıfıra eşit olacaktır, yani bu kuvvet bir sıfır moment oluşturur. Aşağıdaki şekil, birinci türden tipik bir kolu göstermektedir. Oklar, F dış kuvvetini ve R yükünün ağırlığını gösterir.
Bu kuvvetlerin anlarının toplamını yazın, elimizde:
RdR+ (-FdF)=0
Momentlerin toplamının sıfıra eşit olması, kaldıraç kollarının dönmemesini sağlar. AnF kuvveti negatif bir işaretle alınır, çünkü bu kuvvet kolu saat yönünde döndürme eğilimindeyken, R kuvveti bu dönüşü saat yönünün tersine yapma eğilimindedir.
Bu ifadeyi aşağıdaki şekillerde yeniden yazarak, kaldıraç için denge koşullarını elde ederiz:
RdR=FdF;
dR/dF=F/R
Kuvvet momenti kavramını kullanarak yazılı eşitlikleri elde ettik. MÖ III yüzyılda. e. Yunan filozofları bu fiziksel kavramı bilmiyorlardı, ancak Arşimet, deneysel gözlemler sonucunda kaldıracın kollarına etkiyen kuvvetlerin oranı ile bu kolların uzunluğu arasında ters bir ilişki kurmuştur.
Kayıtlı eşitlikler, kol uzunluğundaki bir azalmanın dR küçük bir F kuvveti ve a yardımıyla büyük ağırlıkları kaldırma olasılığının ortaya çıkmasına katkıda bulunduğunu göstermektedir. uzun kol dF R kargo.
Fizikte blok nedir?
Blok, silindirik yüzeyin çevresi boyunca bir yiv bulunan yuvarlak bir silindir olan başka bir basit mekanizmadır. Oluk, ipi veya zinciri sabitlemeye yarar. Blok bir dönme eksenine sahiptir. Şekil, nasıl çalıştığını gösteren bir blok örneğini göstermektedir.
Bu bloğa sabit denir. Güç kazandırmaz ama yönünü değiştirmenizi sağlar.
Sabit bloğun yanında hareketli bir blok var. Hareketli ve sabit blok sistemi aşağıda gösterilmiştir.
Bu sisteme momentler kuralı uygulanırsa, o zaman şunu elde ederiz:güç kazancı iki katıdır, ancak aynı zamanda yolda aynı miktarı kaybederiz (şekil F=60 N).
Kol ve blok sistemi
Önceki paragraflarda belirtildiği gibi, kaldıraç yol veya güç elde etmek için kullanılabilirken, blok güç kazanmanıza ve eyleminin yönünü değiştirmenize olanak tanır. Kabul edilen basit mekanizmaların bu özellikleri, kaldıraç ve blok sistemlerinde kullanılır. Bu sistemlerde her eleman bir miktar kuvvet alır ve bunu diğer elemanlara aktarır, böylece çıktı olarak orijinal kuvveti elde ederiz.
Kol ve bloğun kullanım kolaylığı ve yapısal kullanımlarının esnekliği, böyle bir kombinasyondan karmaşık mekanizmalar oluşturmayı mümkün kılar.
Basit mekanizma sistemlerini kullanma örnekleri
Aslında, bizi çevreleyen tüm makineler kaldıraç ve blok sistemleridir. İşte en ünlü örnekler:
- daktilo;
- piyano;
- vinç;
- katlanır iskele;
- ayarlanabilir yataklar ve masalar;
- bir dizi insan kemiği, eklem ve kas.
Bu sistemlerin her birindeki giriş kuvveti biliniyorsa, o zaman çıkış kuvveti, kaldıraç kuralı sistemin her bir elemanına art arda uygulanarak hesaplanabilir.
