KALAMANGAN NG MEKANIKAL: PORMULA, EQUATION, PAGKALKULA AT MGA HALIMBAWA - PISIKAL - 2025

Ang mekanikal na bentahe ay ang dimensionless factor na sumusukat sa kakayahan ng isang mekanismo upang palakasin ang disminuir- sa ilang mga kaso ang puwersa ay ipinagpapalit dito. Ang konsepto ay nalalapat sa anumang mekanismo: mula sa isang pares ng gunting sa isang sports car engine.

Ang ideya ay para sa makinarya na ibahin ang anyo ng puwersa na inilalapat ng gumagamit dito sa isang mas malaking puwersa na kumakatawan sa kita, o upang mabawasan ito upang maisagawa ang isang maselan na gawain.

Larawan 1. Ang hydraulic lift ay isang makina na may isang kalamangan na mekanikal na higit sa 1. Pinagmulan: Pixabay.

Dapat tandaan na kapag nagpapatakbo ng isang mekanismo, ang isang bahagi ng puwersa na inilalapat ay hindi maiiwasang namuhunan sa counteracting friction. Samakatuwid ang mekanikal na bentahe ay inuri sa aktwal na bentahe ng makina at mainam na kalamangan sa makina.

Kahulugan at pormula

Ang aktwal na bentahe ng makina ng isang makina ay tinukoy bilang ang ratio sa pagitan ng lakas ng puwersa na ipinakilos ng makina sa pag-load (lakas ng output) at lakas na kinakailangan upang mapatakbo ang makina (puwersa ng pag-input):

Real Mechanical Advantage VMR = Exit Force / Entry Force

Habang para sa bahagi nito, ang perpektong mekanikal na kalamangan ay nakasalalay sa distansya na nilakbay ng puwersa ng input at ang distansya na naglakbay ng lakas ng output:

Tamang mekanikal na kalamangan VMI = Inlet distansya / distansya ng outlet

Ang pagiging quotients sa pagitan ng dami na may parehong sukat, ang parehong kalamangan ay walang sukat (walang mga yunit) at positibo rin.

Sa maraming mga kaso, tulad ng wheelbarrow at hydraulic press, ang mekanikal na kalamangan ay mas malaki kaysa sa 1, at sa iba pa, ang mekanikal na kalamangan ay mas mababa sa 1, halimbawa sa pangingisda at pamalo.

Tamang mekanikal na kalamangan VMI

Ang IMV ay nauugnay sa gawaing mekanikal na isinasagawa sa pasukan at exit ng isang makina. Ang gawaing input, na tatawagin namin na W _i , ay nahati sa dalawang sangkap:

W _i = Trabaho upang mapagtagumpayan ang pagkiskisan + Magtrabaho

Ang isang perpektong makina ay hindi kailangang gumawa ng trabaho upang mapagtagumpayan ang alitan, samakatuwid ang gawain sa input ay magiging katulad ng sa output, na tinukoy bilang W _o :

Trabaho sa pagpasok = Magtrabaho sa exit → W _i = W _o .

Dahil sa kasong ito ang lakas ay puwersa ng distansya, mayroon kami: W _i = F _i . oo _ako

Kung saan ang F _i at s _i ay ang paunang puwersa at distansya ayon sa pagkakabanggit. Ang gawaing output ay ipinahayag nang magkatulad:

W _o = F _o . s _o

Sa kasong ito F _o at s _o ang lakas at ang distansya na ipinadala ng makinarya, ayon sa pagkakabanggit. Ngayon ang parehong mga trabaho ay naitugma:

F _i . s _i = F _o . s _o

At ang resulta ay maaaring isulat muli sa anyo ng mga quotients ng pwersa at distansya:

(s _i / s _o ) = (F _o / F _i )

Talagang ang distansya ng quient ay ang perpektong mekanikal na kalamangan, ayon sa kahulugan na ibinigay sa simula:

VMI = s _i / s _o

Kahusayan o pagganap ng isang makina

Makatuwiran na isipin ang tungkol sa kahusayan ng pagbabagong-anyo sa pagitan ng parehong mga trabaho: ang pag-input at ang output. Ang pagtukoy ng kahusayan bilang e, ito ay tinukoy bilang:

e = Trabaho ng output / pag-input = W _o / W _i = F _o . s _o / F _i . oo _ako

Ang kahusayan ay kilala rin bilang pagganap ng makina. Sa pagsasagawa, ang gawaing output ay hindi kailanman lumampas sa gawaing pag-input dahil sa pagkalugi ng alitan, samakatuwid ang quotient na ibinigay ng e ay hindi na katumbas ng 1, ngunit mas kaunti.

Ang isang alternatibong kahulugan ay nagsasangkot ng kapangyarihan, na ang gawaing ginagawa sa bawat yunit ng oras:

e = Power output / Power input = P _o / P _i

Tunay na mekanikal na kalamangan VMR

Ang aktwal na bentahe ng makina ay simpleng tinukoy bilang isang quotient sa pagitan ng output na puwersa F _o at ang puwersa ng input F _i :

VMR = F _o / F _i

Ang relasyon sa pagitan ng VMI, VMR at kahusayan

Ang kahusayan e ay maaaring maisulat muli sa mga tuntunin ng VMI at VMR:

e = F _o . s _o / F _i . s _i = (F _o / F _i ). (s _o / s _i ) = VMR / VMI

Samakatuwid, ang kahusayan ay ang malinaw sa pagitan ng tunay na kalamangan sa makina at ang perpektong mekanikal na kalamangan, ang dating mas mababa kaysa sa huli.

Pagkalkula ng VMR alam ang kahusayan

Sa pagsasagawa, ang VMR ay kinakalkula sa pamamagitan ng pagtukoy ng kahusayan at pag-alam ng VMI:
VMR = e. VMI

Paano kinakalkula ang bentahe ng makina?

Ang pagkalkula ng mekanikal na bentahe ay nakasalalay sa uri ng makinarya. Sa ilang mga kaso dapat itong isagawa sa pamamagitan ng paghahatid ng mga puwersa, ngunit sa iba pang mga uri ng mga makina, tulad ng mga pulley halimbawa, ito ay ang metalikang kuwintas o metalikang kuwintas τ na ipinadala.

Sa kasong ito, ang VMI ay kinakalkula sa pamamagitan ng paghahambing ng mga sandali:

Output metalikang kuwintas = Input metalikang kuwintas

Ang laki ng metalikang kuwintas ay τ = Frsen θ. Kung ang puwersa at posisyon ng vector ay patayo, sa pagitan nila ay may anggulo ng 90º at kasalanan θ = kasalanan 90º = 1, pagkuha:

F _o . r _o = F _i . r _i

Sa mga mekanismo tulad ng hydraulic press, na binubuo ng dalawang silid na magkakaugnay ng isang transverse tube at puno ng isang likido, ang presyon ay maaaring maipadala sa pamamagitan ng mga piston na malayang gumagalaw sa bawat kamara. Sa kasong iyon, ang VMI ay kinakalkula ng:

Outlet pressure = Inlet pressure

Larawan 2. Diagram ng hydraulic press. Pinagmulan: Cuéllar, J. 2015. Physics II. McGraw Hill.

Mga halimbawa

- Halimbawa 1

Ang pingga ay binubuo ng isang manipis na bar na sinusuportahan ng isang suportang tinatawag na isang fulcrum, na maaaring nakaposisyon sa iba't ibang paraan. Sa pamamagitan ng paglalapat ng isang tiyak na puwersa, na tinawag na "lakas ng lakas", ang isang mas malaking puwersa ay pagtagumpayan, na kung saan ay ang pag-load o paglaban.

Larawan 3. Ang unang klase ng pingga. Pinagmulan: Wikimedia Commons. CR

Mayroong maraming mga paraan upang mahanap ang fulcrum, lakas ng lakas, at pag-load upang makamit ang makina na kalamangan. Ipinapakita ng Figure 3 ang unang klase ng pingga, na katulad ng isang rocker, na may fulcrum na matatagpuan sa pagitan ng puwersa ng lakas at pag-load.

Halimbawa, ang dalawang tao na may iba't ibang timbang ay maaaring balanse sa sawaw o pataas at pababa kung nakaupo sila sa nararapat na distansya mula sa fulcrum.

Upang makalkula ang VMI ng unang degree na pingga, dahil walang pagsasalin at walang pagtatalo ay isinasaalang-alang, ngunit mayroong pag-ikot, ang mga sandali ay nagkakapantay, alam na ang parehong mga puwersa ay patayo sa bar. Narito ang F _i ay ang lakas ng lakas at ang F _o ang pag-load o paglaban:

F _o . r _o = F _i . r _i

F _o / F _i = r _i / r _o

Sa pamamagitan ng kahulugan VMI = F _o / F _i , kung gayon:

VMI = r _i / r _o

Sa kawalan ng alitan: VMI = VMR. Tandaan na ang VMI ay maaaring maging mas malaki o mas mababa sa 1.

- Halimbawa 2

Ang perpektong mekanikal na bentahe ng hydraulic press ay kinakalkula sa pamamagitan ng presyur, na ayon sa prinsipyo ni Pascal, ay ganap na naipapadala sa lahat ng mga punto ng likidong nakakulong sa lalagyan.

Ang puwersa ng input F ₁ sa Figure 2 ay inilalapat sa maliit na piston ng lugar A ₁ sa kaliwa, at ang output na puwersa F ₂ ay nakuha mula sa malaking piston ng lugar A ₂ sa kanan. Kaya:

Pressure presyon = Outlet pressure

Ang presyur ay tinukoy bilang lakas sa bawat unit area, samakatuwid:

(F ₁ / A ₁ ) = (F ₂ / A ₂ ) → A ₂ / A ₁ = F ₂ / F ₁

Dahil ang VMI = F ₂ / F ₁ , mayroon kaming mekanikal na kalamangan sa pamamagitan ng ratio sa pagitan ng mga lugar:

VMI = A ₂ / A ₁

Dahil ang A ₂ > A ₁ , ang VMI ay mas malaki kaysa sa 1 at ang epekto ng pindutin ay upang dumami ang puwersa na inilalapat sa maliit na piston F ₁ .

Mga Sanggunian

1. Cuéllar, J. 2009. Physics II. 1st. Edisyon. McGraw Hill.
2. Kane, J. 2007. Physics. Ika-2. Edisyon. Editoryal na Reverté.
3. Tippens, P. 2011. Pisika: Konsepto at Aplikasyon. Ika-7 Edition. Burol ng Mcgraw
4. Wikipedia. Lever. Nabawi mula sa: es.wikipedia.org.
5. Wikipedia. Kalamangan ng mekanikal. Nabawi mula sa: es.wikipedia.org.