Inimkond on pikka aega kasutanud lihtsaid masinaid ja mehhanisme, et muuta füüsiline töö lihtsamaks ja lihtsamaks. Üks neist mehhanismidest on kang. Mis on kang füüsikas, milline valem kirjeldab selle tasakaalu ja mis tüüpi hoovad on – kõik need küsimused on esitatud artiklis.
Konseptsioon
Kang on füüsikas mehhanism, mis koosneb talast või lauast ja ühest toest. Tugi jagab tala üldiselt kaheks ebavõrdseks osaks, mida nimetatakse hoobadeks. Viimane suudab sooritada pöörlevat liikumist ümber tugipunkti.
Lihtsa mehhanismina on hoob mõeldud füüsilise töö tegemiseks nii võimsuse kui ka liikumise ajal. Rakendatavad jõud mõjuvad selle töötamise ajal kangi õladele. Üks neist on vastupanuvõime. See tekib teisaldatava (tõstmise) koorma massist. Teine jõud on mingi väline jõud, mis enamikul juhtudel mõjub kangile inimkäte abil.
Ülaloleval pildil on kujutatud tüüpiline hoobkaks õlga. Hiljem artiklis selgitatakse, miks see viitab teist tüüpi finantsvõimendusele.
Kangi reegel näeb välja selline:
JõudJõuhoob=koormusKoormusõlg
Jõu hetk
Teeme veidi kõrvalekaldumise kangi teemast füüsikas ja kaalume selle toimimise mõistmiseks olulist füüsikalist suurust. See puudutab jõumomenti. See on jõu ja selle rakendamise õla pikkuse korrutis, mis on matemaatiliselt kirjutatud järgmiselt:
M=Fd
Oluline on mitte segi ajada jõu d haru ja kangi haru, üldiselt on need erinevad mõisted.
Jõumoment näitab viimase võimet teha süsteemis pööre. Seega teavad paljud, et ust on käepidemest palju lihtsam avada kui hingede lähedale suruda või siis on pika mutrivõtmega lihtsam poldi mutrit lahti keerata kui lühikese võtmega.
Jõumoment on vektor. Lihtsa hoovamehhanismi toimimise mõistmiseks füüsikas piisab teadmisest, et moment loetakse positiivseks, kui jõud kipub kangihooba vastupäeva pöörama. Kui see kipub pöörama päripäeva, siis tuleb hetk võtta miinusmärgiga.
Kangide tasakaal füüsikas
Selleks, et oleks lihtsam aru saada, millistel tingimustel on kang tasakaalus, vaadake järgmist joonist.
Siin on näidatud kaks jõudu: selle ületamiseks rakendatud koormus R ja välisjõud Fkoormused. Nende jõudude harud on võrdsed vastav alt dR ja dF. Tegelikult on veel üks jõud – toe reaktsioon, mis tala ja kangi toe kokkupuutepunktis toimib vertikaalselt ülespoole. Kuna selle jõu õlg on võrdne nulliga, ei võeta seda tasakaalutingimuse määramisel rohkem arvesse.
Staatika järgi on süsteemi pöörlemine võimatu, kui välisjõudude momentide summa on võrdne nulliga. Kirjutame nende hetkede summa, võttes arvesse nende märki:
RdR- FdF=0.
Kirjutatud võrdsus peegeldab kangi piisavat tasakaalutingimust. Kui kangile ei mõju mitte kaks jõudu, vaid rohkem, siis see tingimus jääb ikkagi püsima. Ainult kahe jõumomendi summa asemel on vaja leida kõigi mõjuvate jõudude momentide summa ja võrdsustada need nulliga.
Võit on tugev ja teel
Eelmises lõigus kirjutatud hoovajõudude momentide avaldis füüsikas kirjutatakse ümber järgmisel kujul:
RdR=FdF
Ül altoodud valemist tuleneb järgmine:
dR / dF=F / R.
See võrdus ütleb, et tasakaalu säilitamiseks on vajalik, et jõud F oleks sama mitu korda suurem kui koormuse R kaal, mitu korda selle õlg dF vähem kui käsivars d R. Kuna suurem õlg kangi liigutamise protsessis läbib pikemat teed kui väiksem käsi, saame võimaluse teha sama tööd kangi abil kahel viisil:
- rakendada rohkem jõudu F ja liigutada õlg kunilühike vahemaa;
- rakendada väikest jõudu F ja liigutada õlga pik alt.
Esimesel juhul räägitakse võimendusest teel koormuse R liigutamise protsessis, teisel juhul saadakse tugevuse suurenemine, kuna F < R.
Kus finantsvõimendust kasutatakse ja mis need on?
Sõltuv alt hoova jõudude rakenduskohast füüsikas ja toe asendist võib kõige lihtsamat mehhanismi olla kolme tüüpi:
- See on kahe käega hoob, mille tugiasend on tala mõlemast otsast võrdselt eemaldatud. Olenev alt käte pikkuste vahekorrast võimaldab seda tüüpi kang võita nii viisil kui ka jõus. Selle kasutusnäidete hulka kuuluvad kaalud, tangid, käärid, küünetõmbaja, beebikiik.
- Teist tüüpi kang on ühe käega, see tähendab, et tugi asub selle ühe otsa lähedal. Sel juhul rakendatakse välisjõudu tala teisele otsale ning koormusjõud mõjub toe ja välisjõu vahel, mis võimaldab võita just selles jõus. Käru või pähklipureja on seda tüüpi võimenduse suurepärased näited.
- Kolmandat tüüpi mehhanisme esindavad sellised näited nagu õngeritv või pintsetid. See hoob on samuti üheharuline, kuid väline rakendatav jõud on juba toele lähemal kui koormuse rakenduspunkt. See lihtsa mehhanismi konstruktsioon võimaldab teil teel võita, kuid kaotada jõudu. Seetõttu on väikest kala õnge otsas oleva raskuse või pintsettidega raske eseme küljes raske hoida.
Kordame, et füüsika kang võimaldab ainultmuuta selle või teise kauba teisaldamise töö tegemise mugavaks, kuid ei võimalda selles töös võita.
