Das schiefe Ebene Es ist eine einfache Maschine, die aus einer ebenen Fläche besteht, die einen Winkel zur Horizontalen bildet. Ihr Zweck ist es, den Aufwand zu reduzieren, der erforderlich ist, um ein Objekt auf eine bestimmte Höhe anzuheben.
Eine übliche Verwendung besteht darin, eine schwere Last auf eine Bauplattform oder ein Fahrzeug zu heben. Aus Erfahrung wissen wir, dass auf diese Weise der Aufwand reduziert wird, um die zurückzulegende Distanz ein wenig zu vergrößern..
Anstatt das Objekt vertikal um eine Höhe h anzuheben, wird es dazu gebracht, eine Strecke d über die Oberfläche der schiefen Ebene zu fahren. Dann trägt die Oberfläche dazu bei, einen Teil des Gewichts des Objekts auszugleichen, insbesondere die vertikale Komponente desselben.
Angewandte Kraft F. Es ist dafür verantwortlich, die horizontale Komponente des Gewichts zu bewegen, deren Größe geringer ist als die des Gewichts selbst. Daher ist die Größe von F. ist kleiner als die Größe der Kraft, die erforderlich ist, um den Körper direkt anzuheben.
Die Reduzierung des Aufwandes wird aufgerufen mechanischer Vorteil, ein Prinzip, das vom großen alten Physiker Archimedes von Syrakus (287-212 v. Chr.) entdeckt wurde. Je größer der mechanische Vorteil ist, desto weniger Aufwand muss unternommen werden, um die Aufgabe auszuführen.
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Einfache Maschinen wie die schiefe Ebene sind seit prähistorischen Zeiten bekannt. Frühe Menschen verwendeten Schneidinstrumente aus Stein, um Pfeilspitzen für die Jagd herzustellen, und Holz, um Utensilien herzustellen..
Der mechanische Vorteil M einer einfachen Maschine ist definiert als der Quotient zwischen der Größe der Ausgangskraft und der der Eingangskraft. Es ist daher eine dimensionslose Größe.
Normalerweise ist die Größe der Ausgangskraft größer als die Eingangskraft und M> 1. Es gibt jedoch sehr heikle Aufgaben, die eine Verringerung der Abtriebskraft verdienen, wie dies bei den Klemmen der Fall ist, für die M. < 1.
Als Beispiele für die Anwendung der schiefen Ebene haben wir:
Rampen sind nützlich, um schwere Gegenstände auf eine bestimmte Höhe anzuheben, wobei eine Kraft angewendet werden muss, die geringer ist als das Gewicht des Gegenstandes..
Der mechanische Vorteil M einer glatten Rampe ohne Reibung wird berechnet, indem der Quotient zwischen ihrer Länge, genannt "d", und ihrer Höhe, bezeichnet als "h", ermittelt wird:
M = d / h
In der Praxis gibt es jedoch Reibung zwischen den Oberflächen, daher ist der tatsächliche mechanische Vorteil etwas geringer als M (siehe gelöste Übung 2)..
Sie bestehen aus einer doppelt geneigten Ebene aus widerstandsfähigem Material mit zwei Kontaktflächen, die aufgrund der sich an der Kante bildenden Schneidkante hohe Reibungskräfte bereitstellen..
Die Schneide kann den Widerstand des Materials überwinden und es mit Hilfe eines Hammers in Stücke zerlegen, um Kraft aufzubringen. Die Verwendung des Keils wird erweitert, indem ein Griff wie eine Axt daran befestigt wird.
Messer, Äxte und Meißel sind gute Beispiele für die Verwendung von Keilen als Schneidinstrumente. Die Schneidezähne der Menschen sind ebenfalls so geformt, dass Lebensmittel in kleinere, zähe Stücke geschnitten werden.
Je länger der Keil und je kleiner der Winkel an der Schneide ist, desto größer ist der mechanische Vorteil des Werkzeugs, der sich ergibt aus:
M = 1 / tg α
Wobei α der Winkel an der Schneide ist. Spitze Formen wie Keile wirken nicht nur, um den Widerstand des Holzes zu überwinden. Fahrzeuge wie Flugzeuge und Boote weisen ebenfalls Keilformen auf, um den Luftwiderstand zu überwinden und an Geschwindigkeit zu gewinnen..
In einem anderen alltäglichen Gerät befindet sich eine schiefe Ebene, mit der Teile befestigt werden: die Schraube. Das Schraubengewinde ist eine schiefe Ebene, die um die Zylinderachse der Schraube gewickelt ist.
Eine Eingangskraft wird angelegt F.ich zur Schraube und beim Drehen einer Umdrehung der Größe 2πR, wobei R der Radius ist, rückt die Schraube einen Abstand p vor, der als bezeichnet wird Er ging vorbei. Dieser Abstand trennt zwei aufeinanderfolgende Gewinde der Schraube.
Die Figur zeigt ein Freikörperdiagramm eines Objekts in einer Ebene, die unter dem Winkel α geneigt ist. Unter der Annahme, dass keine Reibung vorliegt, sind die auf das Objekt einwirkenden Kräfte: die Normalen N., senkrecht ausgeübt und W. das Gewicht, das vertikal ist.
Die Komponente des Gewichts in Richtung der Normalen ist W.Y., das kompensiert diese Normalität, da sich das Objekt nicht über der Ebene, sondern parallel dazu bewegt. Eine Kraft F. angewendet auf das Objekt muss mindestens die W-Komponente kompensierenx so dass das Objekt die schiefe Ebene hinaufgeht.
Wenn Reibung berücksichtigt wird, muss berücksichtigt werden, dass sie immer einer Bewegung oder einer möglichen Bewegung entgegengesetzt ist. Wenn sich das Objekt auf der Oberfläche der schiefen Ebene bewegt, wirkt die kinetische Reibung, wenn das Objekt nach oben geht, auf die kinetische Reibung F.k es ist in die entgegengesetzte Richtung gerichtet und die Kraft F muss auch dafür verantwortlich sein, es zu besiegen.
Finden Sie den Winkel, den die Spitze eines Keils haben muss, damit sein mechanischer Vorteil 10 beträgt.
In früheren Abschnitten wurde festgestellt, dass der mechanische Vorteil M des Keils gegeben ist durch:
M = 1 / tg α
Wenn M 10 wert sein muss:
1 / tg α = 10
tg α = 1/10 → α = 5,71º
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