Наука за цветовете

механика петък, 27 март 2015 г. от Тимо ван Неерден

Когато искате да повдигнете обект, това, което наистина искате да направите, е да преодолеете силата на гравитацията, упражнена върху този обект. Необходимо е да се упражни сила, най-малко еквивалентна и нагоре, за да се повдигне.

За 10-килограмов обект на Земята силата, която трябва да бъде преодоляна, е 100 N (N = нютон; ускорението на гравитацията на Земята е около 10 нютона на килограм, който трябва да се вдигне). Следователно е необходимо да се упражни сила от 100 N върху обекта.

Чрез използване на ролки, подемници или други системи, това може да се направи с много по-ниска сила. Всъщност с подходящото оборудване можете да вдигнете кола или камион със силата на ръцете си.

Как е възможно ?

Концепция за работа

Работата, произведена от сила, или "работата на сила", е енергията, която се въвежда в действие, когато прилагането на сила предизвиква еволюция на системата.

Ако сложа 1 кг кашон мляко на масата с височина 1 м, нищо не се движи: силата на тежестта е налице, но нищо не се случва: няма работа, няма енергия.
Ако сега сложа 1-килограмовата кашон за мляко на едно и също място, но без да има маса (затова пускам 1 м от земята), тогава тухлата пада: има еволюция и силовото тегло произвежда работа: действа.

Работата на дадена сила е енергия, така че тя се измерва в джаули (символ $ \ text $). В случай, че тази работа включва движение на обект, това зависи от приложената сила (повече или по-малко интензивна) и разстоянието, на което се движи обектът:

По този начин гравитационното поле, което кара нашата тухла мляко от 1 кг да падне (следователно със сила от 10 нютона) на височина от 1 м, ще доведе до работа от 10 джаула.
Ако височината беше 10 метра, работата щеше да бъде 100 джаула.
Ако гравитационното поле беше шест пъти по-слабо, както на Луната, тогава работата щеше да бъде шест пъти по-малка: 1,6 джаула.

Подемници

Подемник, това е:

(снимка)

Това е набор от ролки с въже. Едната от ролките е фиксирана, а другата е прикрепена към обект, който трябва да се премести. Следователно, ако има само една нишка за изтегляне, все едно обектът се държи от две нишки.

Когато дръпнете линията, обектът се изкачва нагоре, но също така и ролката, прикрепена към нея. Интересното е нишката: ако издърпаме нишката на 1 метър към нас, тогава 0,50 метра идват от всяка от "двете нишки", с които се държи обекта:

Изведнъж, като издърпате еднометровия проводник към себе си, обектът се издига на 0.50 метра.

Предимството на подемника при намаляване на теглителната сила

Сега разберете какво се случва от физическа гледна точка.

Без подемника, само с ръце, за да се вдигне тежестта от 100 N (около 10 кг) от височина 1 метър, е необходимо да се създаде сила от 100 N нагоре и да се произведе работа от 100 J.
С подемника, когато издърпам 1 метър върху жицата, теглото се повишава само с 0,50 метра: силата, която трябва да се преодолее (гравитацията) е все същата, но височината е намалена наполовина. Осигурена е и работа: 50 J.

Сега нека разсъждаваме обратно: ако издърпването на 1 метър жица произведе произведение от 50 J, все едно бяхме вдигнали предмет от 5 кг без подемника. С други думи, използването на подемника намалява силата, необходима за повдигане на предмета (но не и работата).

Така че, вместо да изисквате големи ръце за вдигане на 10 кг над един метър, всичко, от което се нуждаете, е по-малки ръце и вдигане на 5 кг над два метра. !

Сякаш трябва да носите воден пакет (12 кг) на първия етаж: по-лесно ли е да носите воден пакет наведнъж или да транспортирате бутилките една по една, дори ако това означава 6 пъти пътуването? Правенето на бутилките една по една тук е по-лесно, дори и да ходим повече.

Принципът на подемника работи точно по същия начин: разбира се, дърпаме двойно по-голяма дължина на въжето, но необходимата сила е намалена. Това не е проблем: силата на ръцете ви е ограничена, но не и дължината на въжето !

Сега има и множество подемници с 3, 4 или повече ролки, така че ще разделим силата на 3, 4 или повече. След това човек може да вдига много тежки тежести.
Това се използва почти навсякъде: на платноходки, например, където всичко е традиционно ръчно, но също така и в асансьори или на кранове: виждаме подемниците на снимката на заглавната част, където 4 кабела (следователно двоен скрипец) повдигат товара нагоре.

Същият принцип на разделяне на силите чрез вариране на дължините се използва в манивели, редуктори, крик, гаечен ключ за разхлабване на гайка ...