Človeštvo si je že od antičnih časov prizadevalo na kakršen koli način olajšati svoje fizično delo. Preprosti mehanizmi so postali sredstvo za reševanje tega problema. Ta članek obravnava izume, kot sta vzvod in blok, pa tudi sistem vzvodov in blokov.
Kaj je finančni vzvod in kdaj je bil uporabljen?
Verjetno vsi poznajo ta preprost mehanizem že od otroštva. V fiziki je vzvod kombinacija nosilca (palice, deske) in ene podpore. Služi kot vzvod za dvigovanje uteži ali za sporočanje hitrosti telesom. Glede na položaj opore pod nosilcem lahko vzvod vodi do povečanja moči ali premikanja bremen. Povedati je treba, da vzvod ne vodi do zmanjšanja dela kot fizične količine, omogoča le, da na priročen način prerazporedite njegovo izvedbo.
Človek že dolgo uporablja finančni vzvod. Torej obstajajo dokazi, da so ga uporabljali stari Egipčani pri gradnji piramid. Prvi matematični opis učinka vzvoda sega v 3. stoletje pred našim štetjem in pripada Arhimedu. Sodobna razlaga načela delovanja tega mehanizma vključujekoncept momenta sile je nastal šele v 17. stoletju, v času nastanka Newtonove klasične mehanike.
Pravilo vzvoda
Kako deluje vzvod? Odgovor na to vprašanje vsebuje koncept momenta sile. Slednja se imenuje taka vrednost, ki se dobi kot rezultat množenja kraka sile z njenim modulom, to je:
M=Fd
Roka sile d je razdalja od točke osi do točke uporabe sile F.
Ko vzvod opravi svoje delo, nanj delujejo tri različne sile:
- zunanja sila, ki jo na primer uporabi oseba;
- teža tovora, ki ga oseba želi premakniti z vzvodom;
- reakcija podpore, ki deluje s strani podpore na vzvodni nosilec.
Reakcija podpore uravnoteži drugi dve sili, tako da se vzvod ne premika naprej v prostoru. Da ne bi izvajal tudi rotacijskega gibanja, je potrebno, da je vsota vseh momentov sil enaka nič. Trenutek sile se vedno meri glede na neko os. V tem primeru je ta os točka. Pri tej izbiri osi bo ramena delovanja reakcijske sile podpore enaka nič, to pomeni, da ta sila ustvari ničelni moment. Spodnja slika prikazuje tipičen vzvod prve vrste. Puščice označujeta zunanjo silo F in težo bremena R.
Zapiši vsoto trenutkov za te sile, imamo:
RdR+ (-FdF)=0
Enakost na nič vsote momentov zagotavlja odsotnost vrtenja ročic vzvoda. trenuteksila F je vzeta z negativnim predznakom, ker ta sila teži k obrnjenju vzvoda v smeri urinega kazalca, medtem ko sila R teži k temu, da se ta zavije v nasprotni smeri urinega kazalca.
Če ta izraz prepišemo v naslednjih oblikah, dobimo ravnotežne pogoje za vzvod:
RdR=FdF;
dR/dF=F/R
Zapisane enakosti smo dobili s konceptom momenta sile. V III stoletju pr. e. Grški filozofi niso poznali tega fizičnega koncepta, kljub temu pa je Arhimed kot rezultat eksperimentalnih opazovanj vzpostavil inverzno razmerje med razmerjem sil, ki delujejo na krake vzvoda, in dolžino teh ročic.
Popisane enakosti kažejo, da zmanjšanje dolžine roke dR prispeva k nastanku možnosti dvigovanja velikih uteži s pomočjo majhne sile F in a dolga roka dF R tovor.
Kaj je blok v fiziki?
Blok je še en preprost mehanizem, ki je okrogel cilinder z utorom vzdolž oboda valjaste površine. Brazda služi za pritrditev vrvi ali verige. Blok ima vrtilno os. Slika prikazuje primer bloka, ki prikazuje, kako deluje.
Ta blok se imenuje fiksni. Ne daje povečanja moči, ampak vam omogoča, da spremenite njegovo smer.
Poleg fiksnega bloka je še premikajoči se blok. Sistem premičnih in fiksnih blokov je prikazan spodaj.
Če za ta sistem uporabimo pravilo trenutkov, potem dobimopovečanje moči je dvakratno, hkrati pa na poti izgubimo enako količino (na sliki F=60 N).
Sistem vzvodov in blokov
Kot že omenjeno v prejšnjih odstavkih, lahko vzvod uporabite za pridobitev poti ali moči, medtem ko vam blok omogoča pridobivanje moči in spreminjanje smeri njegovega delovanja. Te lastnosti obravnavanih preprostih mehanizmov se uporabljajo v sistemih vzvodov in blokov. V teh sistemih vsak element prevzame neko silo in jo prenese na druge elemente, tako da dobimo prvotno silo kot izhod.
Enostavnost upravljanja vzvoda in bloka ter prilagodljivost njihove strukturne uporabe omogočata sestavljanje kompleksnih mehanizmov iz takšne kombinacije.
Primeri uporabe sistemov preprostih mehanizmov
Pravzaprav so vsi stroji, ki nas obkrožajo, sistemi vzvodov in blokov. Tukaj so najbolj znani primeri:
- pisalni stroj;
- klavir;
- žerjav;
- zložljivi odri;
- nastavljive postelje in mize;
- komplet človeških kosti, sklepov in mišic.
Če je vhodna sila v vsakem od teh sistemov znana, lahko izhodno silo izračunamo z zaporedno uporabo pravila vzvoda za vsak element sistema.
