Bir kasnak yakıt veya elektrik kullanmaz ve kendi kendine çalışmaz, ancak yine de bir makinedir. Kelimenin Merriam-Webster sözlüğü tarafından tanımlandığı bir makine değil, mühendislerin bu sözcüğü tanımladığı bir makine: "Basit makineler, uygulamamız gereken bir gücü arttırmak veya arttırmak için kullanılabilecek cihazlardır. - Genellikle kuvveti uygulayacağımız mesafenin pahasına. "
Credit: gaspr13 / iStock / GettyImagesBir Kasnak Ne Kadar Ağırlık Alıyor?Her Makinenin Mekanik Avantajı Vardır
Basit makinelerin listesi, çekiç, tornavida ve kapı tokmağı gibi insanların her gün kullandığı öğeleri içerir. Bu araçların tümü, klasik altı basit makine kategorisinden birine girer. Kategoriler:
- Tekerlek ve dingil
- Kasnak
- Kaldıraç
- Eğik düzlem
- vida
- kama
Bazı bilim adamları vidayı ve kamaları listeyi dört girişe indirgeyen özel eğimli düzlemler olarak görürler. Kasnağı bir tekerlek ve dingilin özel bir durumu olarak görebilir ve listeyi üç öğeye indirgeyebilirsiniz. Listede ne kadar ürün olursa olsun, bir makara bir makine olarak nitelendirilir.
Bir makinenin çıkış kuvvetinin, uyguladığınız kuvvete oranı, makinenin gücü olarak bilinir. mekanik avantaj (MA). Bir makinenin bir makine olması için, çıkış kuvvetinin giriş kuvvetinden daha büyük olması gerekir; bu, mekanik avantajın her zaman 1'den büyük olması gerektiği anlamına gelir. iş.
Kasnak Sisteminin Mekanik Avantajı
Bir yükü bir kasnak olmadan belirli bir yüksekliğe kaldırmak için gereken kuvveti (çıkış kuvveti, F) hesaplayarak bir kasnak sisteminin mekanik avantajını hesaplayabilirsiniz.Ö) ve daha sonra kasnak ile yapmak için gereken kuvveti hesaplamak (F giriş kuvveti)ben). Mekanik avantaj, çıkış kuvvetinin giriş kuvvetine oranıdır: MA = FÖ/ Fben. Giriş kuvveti, çıkış kuvvetine göre ne kadar küçük olursa, mekanik avantaj o kadar büyük olur.
Basit bir makara sistemi için, mekanik avantajının hesaplanması gülünç kolaydır. Yükü destekleyen halat sayısını saymanız yeterlidir.
Mekanik avantajı öğrendikten sonra, bilinen bir ağırlığı kaldırmak için gereken kuvveti hesaplayabilirsiniz. Kuvvet ve ağırlık aynı anlama gelir, bu nedenle mekanik avantajı hesaplayarak, kasnak yükünün azalmasını anlayabilirsiniz.
Mekanik Avantaj Sağlamak İçin Daha Fazla Halat Çekmelisiniz
“Bekle” diyorsunuz. “Mekanik avantajın halat sayısına eşit olduğunu nereden biliyorsunuz?” Bu soruyu cevaplamak için ne olduğunu bilmeniz gerekir. iş 9'a 5 işinizde yaptığınız işlerden değil.
Fizikçiler söz konusu olduğunda, bir mesafeye (D) kuvvet uygulayarak (W) çalışıyorsunuz. İşi, kuvveti mesafeyle çarparak hesaplarsınız:
W = F • d.
İş enerji ile ilgilidir ve doğanın en temel yasalarından biri enerjinin her zaman korunmuş olması nedeniyle iş korunmalıdır. Bir kasnak sistemine uygulanan kuvvet, yükü kaldırmak için gereken kuvvetten daha azsa, yaptığınız iş miktarını, yükü kaldırmak için gereken iş miktarına eşit yapmak için bir şeyler değişmelidir.
Değişen miktar mesafedir. Bir makara sistemi kullanırken bir yükü kaldırmak için daha az kuvvet uygularsınız, ancak yükü belirli bir yüksekliğe kaldırmak için daha fazla halat çekmeniz gerekir. İkili makara sisteminiz varsa, iki kat daha fazla halat çekmeniz gerekir; Üçlü makara sisteminde, üç kat daha fazla çekmeniz gerekir. Aslında, herhangi bir kasnak sistemi için, yükü destekleyen halat sayısını sayarak çekmeniz gereken ekstra halat miktarını hesaplayabilirsiniz.
Ağırlık, Kuvvet ve Kasnak Yükü Azaltma
Ağırlık ve kuvvet farklı miktarlarda değildir. Bir nesnenin ağırlığı, yerçekimi tarafından uygulanan kuvvetten başka bir şey değildir, bu yüzden bir nesneyi kaldırdığınızda, yerçekimi kuvvetine eşit bir kuvvet uygulamalısınız. Tekli bir makara sisteminiz varsa, makara yukarıdan ziyade ipi çekmenize izin verir, bu kesinlikle daha kolaydır, ancak zorlaman için hala eşittir yükün ağırlığı Kaldırıyorsun.
İlki altına bir makara eklerseniz, ipi her iki makaraya dolayın ve ikinci makaradan bir yük askıya alın, yük şimdi iki halat tarafından desteklenir. Dolayısıyla bu yeni, geliştirilmiş makara sisteminin mekanik avantajı 2'dir ve bu yalnızca uygulamanız gereken anlamına gelir yükün ağırlığının yarısına eşit bir kuvvet kaldırmak için. İlkinden üçüncü bir kasnağı askıya alın, ipi geçirin, böylece üç halat yükü askıya alır ve yükü kaldırmak için kullanmanız gereken kuvvet, ağırlığının sadece üçte biri kadardır.
Genel olarak, kasnak yükünün azaltılmasının yükü destekleyen halat sayısının tersi olduğunu söyleyebilirsiniz, ancak çok az sayıda pratik kasnak sistemi dörtten fazla halat içermektedir. Sonuç olarak, gerçekleştirebileceğiniz maksimum kasnak yükü azaltması yükün ağırlığının dörtte biri kadardır. Gerçekte, gerçek yük azaltma bundan biraz daha azdır, çünkü makaralardaki sürtünmeyi hesaba katmanız gerekir.
Örnek Bir Kasnak Ağırlığı Hesaplayıcısı
200 kiloluk bir kişiyi kendiniz kaldırabileceğinizi varsayalım, ancak bu, halter becerilerinizin sınırı. 2000 kiloluk bir otomobili kaldırmak için bir kasnak sistemi geliştirebilir misiniz? Muhtemelen hayır çünkü dört kasnaklı bir sistem bile ağırlığı sadece dörtte bir azaltacaktır, ve bu hala 500 pound.
Bunlardan birini çekmek için bir çift kasnak sistemi kurabileceğinizi ve sizin kadar güçlü bir arkadaş edinebileceğinizi varsayalım. Hala sorun yaşarsınız, ancak bunu başarabilirsiniz çünkü her kasnak ağırlığın yarısını ya da 1000 kilo kaldırabilir ve bu ağırlığın dörtte biri 250 pound'dur. Ancak, işe üçüncü bir kasnak ve üçüncü bir kişi eklerseniz, her bir kişi yalnızca yetenekleri dahilinde olan 167 kilo kuvveti uygulamak zorunda kalır, bu nedenle bu sistem kolayca çalışabilir.
Bir kasnak ağırlığı hesaplayıcısı, halat çekilirken ilk olarak hangi ağırlığın kaldırılacağına bağlı değildir, çünkü bir kişi diğer ikisinden önce çekerse, araç hareket etmeyecektir. Yükü düzgün bir şekilde paylaşmak ve ağırlığı üç kasnak arasında eşit olarak dağıtmak için her üç kişinin de aynı anda çekmesi gerekir. Üç kişi aynı anda çalıştığında, aslında, kasnağı sisteminin 12 mekanik avantajını sağlayan ve aracı 2.000 2 12 = 167 pound'a kaldırmak için gereken net kuvveti azaltan, aracı destekleyen 12 halat vardır.
