Составной рычаг - Compound lever

Кусачки для ногтей представляют собой простую форму составного рычага

Состав рычаг это простая машина при этом исходят из того, 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 напольные весы использовать какой-то составной рычаг для работы. Другие примеры включают кусачки для ногтей и пианино ключи.

Механическое преимущество

Расчет механического преимущества составного рычага из двух рычагов класса 1
Расчет механического преимущества составного рычага из двух рычагов класса 1

А рычаг рука использует точка опоры для подъема груза с помощью и усиления прикладываемого сила. На практике условия могут помешать использованию одного рычага для достижения желаемого результата.[1] например, ограниченное пространство, неудобное расположение точки приложения результирующей силы или недопустимая длина 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, таким образом, преимущество увеличивается.

На рисунке слева показан составной рычаг, состоящий из двух первоклассных рычагов, а также краткое описание того, как вычислить механическое преимущество. С указанными размерами механическое преимущество W / F можно рассчитать как 10/3 × 9/4 = 7.5, Это 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, чтобы A1 = 4 единицы и A2 = 9 единиц, то механическое преимущество W / F рассчитывается как 4/9 × 9/4 = 1, Это 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.

Расчет механического преимущества кусачки для ногтей

Расстояния, используемые при расчете механического преимущества, измеряются перпендикулярно силе. На примере маникюрные ножницы справа (составной рычаг из рычага класса 2 и рычага класса 3), потому что усилие прилагается вертикально (то есть не перпендикуляр до рычага) расстояния до соответствующих точек опоры измеряются горизонтально, а не вдоль рычага. В этом примере W / F равно 7 + 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

А ручная загрузка пресс использует сложный рычаг, чтобы уменьшить силу, которую должен приложить оператор, и ограничить действие относительно небольшим пространством.

Несколько примеров составного рычага - шкала, тормоза поезда, и общий тип кусачки для ногтей. Другой пример - локтевый пресс, который используется в печати, формовании или ручная загрузка пулями, чеканкой монет и медалей, а также пробивкой 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.

Составной рычаг переводит небольшое движение пианино ключ к быстрому, сильному удару молотка по струнам

Клавиша пианино - это первоклассный составной рычаг, так как точка опоры находится между перемещаемым весом и силой. Назначение этого рычага - преобразовать небольшое движение (нажатие клавиши) в более крупное и быстрое движение молотка по струнам. Качество результирующего тона зависит от того, достигается ли конечная скорость постепенным или внезапным движением клавиши.[2]

История

Самые ранние сохранившиеся записи о рычагах датируются III веком до нашей эры и были предоставлены Архимед. "Дайте мне место, чтобы я встал, и я сдвину землю рычагом"- это замечание, приписываемое Архимеду, который формально сформулировал правильный математический принцип рычагов (цитируется Паппом Александрийским).[3]

Один из самых ранних примеров составного рычага от Династия Хан (202 г. до н.э. - 220 г. н.э.) спусковые механизмы арбалета с тройным составным рычагом. Такой механизм размещался внутри самого ложа арбалета. [4]Идея составного рычага связана с Бирмингем изобретатель Джон Вятт в 1743 г.,[5] когда он разработал Весы В нем использовались четыре составных рычага для передачи груза с платформы для взвешивания на центральный рычаг, с помощью которого можно было измерить вес.[6]

Рекомендации

  1. ^ Журнал «Популярная механика», апрель 1924 г., стр. 615-617
  2. ^ Прессер Т, Кук Дж. Ф. Этюд. Т. Прессер, 1916, с. 497
  3. ^ Маккей, Алан Линдси (1991). «Архимед ок. 287–212 гг. До н.э.». Словарь научных цитат. Лондон: Тейлор и Фрэнсис. п. 11.
  4. ^ Халдон, Джон (2017). Византийская война. Лондон: Тейлор и Фрэнсис.
  5. ^ Чеккарелли, Марко (2007). Выдающиеся деятели механики и машиноведения: их вклад и наследие. Дордрехт: Спрингер. п. 16. ISBN  1-4020-6365-2. Получено 2010-01-17. 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.
  6. ^ «История взвешивания». Эйвери Вейг-Троникс. Архивировано из оригинал на 2012-03-02. Получено 2010-01-17.