Составной рычаг - это простая машина, работающая при условии, что сопротивление одного рычага в системе рычагов действует как усилие для следующего, и, таким образом, приложенная сила передается от одного рычага к другому. Почти все весы используют для работы какой-то составной рычаг. Другие примеры включают кусачки для ногтей и клавиши пианино .
Механическое преимущество [ править ]
Рычаг рычаг использует точку опоры для подъема груза с использованием и интенсификацией приложенного усилия . На практике условия могут препятствовать использованию единственного рычага для достижения желаемого результата [1]например, ограниченное пространство, неудобное расположение точки приложения результирующей силы или недопустимая длина необходимого плеча рычага. В этих условиях используются комбинации простых рычагов, называемые сложными рычагами. Составные рычаги могут быть построены из рычагов первого, второго и / или третьего порядка. Во всех типах составных рычагов действует правило: сила, умноженная на силовое плечо, равна весу, умноженному на весовое плечо. Выходной сигнал одного рычага становится входом для следующего рычага в системе, и поэтому преимущество увеличивается.
На рисунке слева показан составной рычаг, образованный двумя первоклассными рычагами, а также краткое описание того, как вычислить механическое преимущество. С указанными размерами механическое преимущество W / F можно рассчитать как10/3 × 9/4= 7,5, что означает, что приложенная сила в 1 фунт (или 1 кг) может поднять вес 7,5 фунтов (или 7,5 кг).
В качестве альтернативы, если положение точки опоры на рычаге AA 'было перемещено так, что A1 = 4 единицы и A2 = 9 единиц, то механическое преимущество W / F рассчитывается как4/9 × 9/4= 1, что означает, что приложенная сила поднимет эквивалентный вес, и нет механического преимущества. Обычно это не цель составной рычажной системы, хотя в редких случаях геометрия может соответствовать конкретной цели.
Расстояния, используемые при расчете механического преимущества, измеряются перпендикулярно силе. В примере кусачки для ногтей справа (составной рычаг, состоящий из рычага класса 2 и рычага класса 3), поскольку усилие прилагается вертикально (то есть не перпендикулярно рычагу), измеряются расстояния до соответствующих точек опоры. горизонтально, а не вдоль рычага. В этом примере W / F равно7 + 1/1 × 6/6 + 2= 6. Обратите внимание, что (7 + 1) см = 8 см - это расстояние от точки приложения усилия до точки опоры первого рычага, перпендикулярно приложенному усилию.
Примеры [ править ]
Несколько примеров составного рычага - весы, тормоза поездов и обычные кусачки для ногтей . Другой пример - пресс с локтевым суставом, который используется для печати, формования или заряжания пуль, чеканки монет и медалей, а также для пробивки отверстий. Составные весы используются для взвешивания тяжелых предметов. Все они используют несколько рычагов для увеличения силы для достижения определенной цели. Тормоз поезда передает силу отталкивания палки на рычаги, и они трутся о колеса, используя трение для замедления и, в конечном итоге, остановки поезда. Это повседневные применения этого механизма.
Клавиша пианино - это первоклассный составной рычаг, поскольку точка опоры находится между перемещаемым весом и силой. Назначение этого рычага - преобразовать небольшое движение (нажатие клавиши) в большее и быстрое движение молотка по струнам. Качество результирующего тона зависит от того, достигается ли конечная скорость постепенным или внезапным движением клавиши. [2]
История [ править ]
Самые ранние сохранившиеся записи о рычагах относятся к III веку до нашей эры и были предоставлены Архимедом . « Дайте мне место, чтобы встать, и я сдвину землю рычагом » - это замечание, приписываемое Архимеду, который формально сформулировал правильный математический принцип рычагов (цитируется Паппом Александрийским). [3]
Одним из самых ранних примеров составного рычага является спусковой механизм арбалета династии Хань (202 г. до н.э. - 220 г. н.э.), в котором использовался тройной составной рычаг. Такой механизм размещался внутри самого ложа арбалета. [4] Идея составного рычага приписывается изобретателю из Бирмингема Джону Уайатту в 1743 году [5], когда он сконструировал машину для взвешивания, в которой использовались четыре составных рычага для передачи груза с платформы для взвешивания на центральный рычаг, с которого вес можно было измерить. [6]
Ссылки [ править ]
- ↑ Журнал «Популярная механика», апрель 1924 г., стр. 615-617
- ^ Прессер Т, Кук JF. Этюд. Т. Прессер, 1916, с. 497
- ^ Маккей, Алан Линдси (1991). «Архимед ок. 287–212 гг. До н.э.». Словарь научных цитат . Лондон: Тейлор и Фрэнсис. п. 11.
- ^ Халдон, Джон (2017). Византийская война . Лондон: Тейлор и Фрэнсис.
- ^ Ceccarelli, Марко (2007). Выдающиеся деятели механики и машиноведения: их вклад и наследие . Дордрехт: Спрингер. п. 16. ISBN 1-4020-6365-2. Проверено 17 января 2010 .
Затем в 1743 году Джон Вятт (1700–1766) представил идею составного рычага, в котором два или более рычага работают вместе, чтобы еще больше уменьшить усилие.
CS1 maint: обескураженный параметр ( ссылка ) - ^ «История взвешивания» . Эйвери Вейг-Троникс. Архивировано из оригинала на 2012-03-02 . Проверено 17 января 2010 . CS1 maint: обескураженный параметр ( ссылка )
