विषय
- काम, ऊर्जा और बल
- सरल मशीनों की अनिवार्यता
- यांत्रिक लाभ
- पेश है लीवर
- लीवर की कक्षाएं
- फिजियोलॉजिकल और एनाटोमिकल लीवर
- लीवर का नमूना समस्या
- यांत्रिक लाभ: चरखी
- यौगिक चरखी
- चरखी नमूना समस्या
- मैकेनिकल एडवांटेज कैलकुलेटर
जब कोई आपसे एक की अवधारणा पर विचार करने के लिए कहता है मशीन 21 वीं सदी में, यह एक आभासी दिया गया है कि जो भी छवि आपके दिमाग में आती है उसमें इलेक्ट्रॉनिक्स (जैसे, डिजिटल घटकों के साथ कुछ भी) या कम से कम कुछ बिजली द्वारा संचालित होता है।
यह कहते हुए कि, यदि आप 19 वीं सदी के प्रशांत महासागर की ओर जाने वाले पश्चिमोत्तर विस्तार के प्रशंसक हैं, तो आप लोकोमोटिव स्टीम इंजन के बारे में सोच सकते हैं, जो उन दिनों रेलगाड़ियों को संचालित करता था - और उस समय में इंजीनियरिंग का एक वास्तविक चमत्कार था।
वास्तव में, साधारण मशीन सैकड़ों और कुछ मामलों में हजारों वर्षों से अस्तित्व में है, और उनमें से किसी को भी उच्च-तकनीकी विधानसभा या शक्ति की आवश्यकता नहीं है जो व्यक्ति या उनका उपयोग करने वाले लोग आपूर्ति कर सकते हैं। इन विभिन्न प्रकार की सरल मशीनों का उद्देश्य एक ही है: अतिरिक्त उत्पन्न करना बल की कीमत पर दूरी किसी न किसी रूप में (और शायद थोड़ा समय भी हो सकता है, लेकिन यह बहुत कठिन है)।
यदि वह आपको जादू की तरह लगता है, तो शायद क्योंकि आप बल के साथ भ्रमित कर रहे हैं ऊर्जा, एक संबंधित मात्रा। लेकिन जब कि यह सच है कि ऊर्जा को ऊर्जा के अन्य रूपों को छोड़कर एक प्रणाली में "बनाया" नहीं जा सकता है, वही बल का सच नहीं है, और इसके लिए सरल कारण और आपको इंतजार है।
काम, ऊर्जा और बल
दुनिया के बारे में अन्य वस्तुओं को स्थानांतरित करने के लिए वस्तुओं का उपयोग कैसे किया जाता है, इससे निपटने से पहले, बुनियादी शब्दावली पर एक हैंडल होना अच्छा है।
17 वीं शताब्दी में, आइजैक न्यूटन ने भौतिकी और गणित में अपना क्रांतिकारी काम शुरू किया, जिसकी एक परिणति न्यूटन ने गति के अपने तीन मौलिक नियमों को पेश करना था। इनमें से दूसरा बताता है कि एक नेट बल जनता के वेग को तेज करने या बदलने के लिए कार्य करता है: एफजाल = एमए.
जब कोई वस्तु विस्थापन d के माध्यम से किसी वस्तु को ले जाती है, काम कहा जाता है कि उस वस्तु पर किया गया है:
डब्ल्यू = एफ = डी.
बल और विस्थापन एक ही दिशा में होने पर, और दूसरी दिशा में होने पर नकारात्मक होने पर कार्य का मूल्य सकारात्मक होता है। कार्य की एक ही इकाई है जैसा कि ऊर्जा करती है, मीटर (जिसे जूल भी कहा जाता है)।
ऊर्जा पदार्थ की एक संपत्ति है जो कई तरीकों से प्रकट होती है, दोनों चलती और "आराम" रूपों में, और महत्वपूर्ण रूप से, यह बंद प्रणालियों में उसी तरह से संरक्षित है जिस तरह से बल और गति (सामूहिक समय वेग) भौतिकी में हैं।
सरल मशीनों की अनिवार्यता
स्पष्ट रूप से, मनुष्यों को चीजों को स्थानांतरित करने की आवश्यकता होती है, अक्सर लंबी दूरी। यह दूरी को अभी तक उच्च बल रखने में सक्षम होने के लिए उपयोगी है - जिसके लिए मानव शक्ति की आवश्यकता होती है, जो कि पूर्व-औद्योगिक समय में सभी अधिक चमकदार थी - किसी भी तरह कम। कार्य समीकरण इसके लिए अनुमति देता है; काम की दी गई राशि के लिए, यह कोई फर्क नहीं पड़ता कि एफ और डी के व्यक्तिगत मूल्य क्या हैं।
जैसा कि होता है, यह साधारण मशीनों के पीछे का सिद्धांत है, हालांकि अक्सर दूरी चर को अधिकतम करने के विचार से नहीं। सभी छह शास्त्रीय प्रकार (ए लीवर, चरखी, को पहिया और धुरी, को इच्छुक विमान, को कील और यह स्क्रू) का उपयोग समान कार्य करने के लिए दूरी की लागत पर लागू बल को कम करने के लिए किया जाता है।
यांत्रिक लाभ
शब्द "यांत्रिक लाभ" शायद इससे अधिक आकर्षक होना चाहिए, क्योंकि यह लगभग मतलब है कि भौतिकी प्रणालियों को ऊर्जा के संबंधित इनपुट के बिना अधिक काम निकालने के लिए तैयार किया जा सकता है। (क्योंकि काम में ऊर्जा की इकाइयाँ होती हैं और ऊर्जा बंद प्रणालियों में संरक्षित होती है, जब काम किया जाता है, तो इसकी परिमाण में जो भी गति होती है उसे ऊर्जा के बराबर करना होता है।) अफसोस की बात है, यह मामला नहीं है, लेकिन यांत्रिक लाभ (MA) अभी भी कुछ ठीक सांत्वना पुरस्कार प्रदान करता है।
अभी के लिए, दो विरोधी ताकतों पर विचार करें एफ1 और एफ2 धुरी बिंदु के बारे में अभिनय करना, जिसे a कहा जाता है आधार। यह मात्रा, टोक़, बस के रूप में गणना की जाती है बल की दिशा और दिशा से दूरी L से पूर्णांक से गुणा की जाती है, जिसे पूर्ण के रूप में जाना जाता है लिवर आर्म: टी = एफ* एल*। यदि बलों एफ1 और एफ2 संतुलन में होना चाहिए, टी1 के बराबर परिमाण में होना चाहिए टी2, या
एफ1एल1 = एफ2एल2.
यह भी लिखा जा सकता है एफ2/ एफ1 = एल1/ एल2। यदि एफ1 है इनपुट बल (आप, कोई और या किसी अन्य मशीन या ऊर्जा का स्रोत) और एफ2 है उत्पादन बल (जिसे भार या प्रतिरोध भी कहा जाता है), तब F2 का F1 का अनुपात जितना अधिक होगा, सिस्टम का यांत्रिक लाभ उतना अधिक होगा, क्योंकि तुलनात्मक रूप से कम इनपुट बल का उपयोग करके अधिक आउटपुट बल उत्पन्न होता है।
अनुपात एफ2/ एफ1, या शायद अधिमानतः एफओ/ एफमैं, एमए के लिए समीकरण है। परिचयात्मक समस्याओं में, इसे आमतौर पर आदर्श यांत्रिक लाभ (आईएमए) कहा जाता है क्योंकि घर्षण और एयर ड्रैग के प्रभावों को अनदेखा किया जाता है।
पेश है लीवर
उपरोक्त जानकारी से, अब आप जानते हैं कि मूल लीवर में क्या होता है: a आधार, एक इनपुट बल और एक भार। इस नंगे हड्डियों की व्यवस्था के बावजूद, मानव उद्योग में लीवर उल्लेखनीय रूप से विविध प्रस्तुतियों में आते हैं। आप शायद जानते हैं कि यदि आप किसी चीज को स्थानांतरित करने के लिए एक प्राइ बार का उपयोग करते हैं जो कुछ अन्य विकल्प प्रदान करता है, तो आपने एक लीवर का उपयोग किया है। लेकिन जब आपने पियानो बजाया हो या नेल क्लिपर्स का एक मानक सेट का उपयोग किया हो तो भी आपने एक लीवर का उपयोग किया था।
लीवर को उनकी शारीरिक व्यवस्था के संदर्भ में इस तरह से "स्टैक्ड" किया जा सकता है ताकि उनके व्यक्तिगत यांत्रिक लाभ पूरे सिस्टम के लिए और भी अधिक राशि का हो। इस प्रणाली को एक कंपाउंड लीवर कहा जाता है (और पुली दुनिया में एक भागीदार है, जैसा कि आप देखेंगे)।
यह अलग-अलग लीवर और फुफ्फुस के भीतर और एक यौगिक व्यवस्था में अलग-अलग लोगों के बीच सरल मशीनों का यह गुणात्मक पहलू है, जो साधारण मशीनों को कभी-कभी सिरदर्द का कारण बनता है।
लीवर की कक्षाएं
ए पहले के आदेश लीवर बल और भार के बीच पूर्णांक है। एक उदाहरण है "देख-देखा“एक स्कूल के खेल के मैदान पर।
ए दूसरे क्रम के लीवर बीच में लोड के साथ एक छोर पर और दूसरे पर बल है। ठेला इसका उत्कृष्ट उदाहरण है।
ए तीसरे क्रम का लीवर, दूसरे क्रम के लीवर की तरह, एक छोर पर पूर्णक्रम है। लेकिन इस मामले में, लोड दूसरे छोर पर है और बल को बीच में कहीं लगाया जाता है। बेसबॉल के चमगादड़ जैसे कई खेल उपकरण, लीवर के इस वर्ग का प्रतिनिधित्व करते हैं।
लीवर के यांत्रिक लाभ को किसी भी ऐसी प्रणाली के तीन आवश्यक तत्वों के रणनीतिक प्लेसमेंट के साथ वास्तविक दुनिया में हेरफेर किया जा सकता है।
फिजियोलॉजिकल और एनाटोमिकल लीवर
आपका शरीर अंतःक्रियात्मक लीवर से भरा हुआ है। एक उदाहरण bicep है। यह पेशी कोहनी ("फुलक्रैम") और जो भी भार हाथ से वहन किया जा रहा है, के बीच एक बिंदु पर प्रकोष्ठ से जुड़ जाता है। यह बीपप को तीसरे क्रम का लीवर बनाता है।
कम आत्म-साक्ष्य शायद, बछड़े की मांसपेशी और आपके पैर में एच्लीस कण्डरा एक अलग प्रकार के लीवर के रूप में एक साथ कार्य करते हैं। जैसे ही आप आगे बढ़ते हैं और आगे बढ़ते हैं, आपके पैर की गेंद फुलक्रैम का काम करती है। मांसपेशियों और tendons आपके शरीर के वजन का मुकाबला करते हुए, ऊपर और आगे की शक्ति बढ़ाते हैं। यह एक दूसरे क्रम के लीवर का एक उदाहरण है, जैसे कि व्हीलब्रो।
लीवर का नमूना समस्या
1,000 किग्रा या 2,204 पाउंड (वजन: 9,800 एन) के साथ एक कार एक बहुत कठोर लेकिन बहुत हल्के स्टील की छड़ के अंत में खड़ी होती है, जिसमें कार के द्रव्यमान के केंद्र से 5 मीटर की दूरी पर रखा जाता है। 5- किग्रा (110 पौंड) के द्रव्यमान वाले एक व्यक्ति का कहना है कि वह रॉड के दूसरे छोर पर खड़े होकर कार के वजन का प्रतिकार कर सकता है, जिसे लंबे समय तक क्षैतिज रूप से बढ़ाया जा सकता है। इस उपलब्धि को हासिल करने के लिए उसे कितनी दूर तक जाना चाहिए?
बल के संतुलन के लिए आवश्यक है कि एफ1एल1 = एफ2एल2, जहां F1 = (50 किग्रा) (9.8 मी। / से2) = 490 एन, एफ2 = 9.800 एन, और एल 2 = 5. इस प्रकार एल 1 = (9800) (5) / (490) = 100 मीटर (एक फुटबॉल क्षेत्र की तुलना में थोड़ा लंबा)।
यांत्रिक लाभ: चरखी
एक चरखी एक प्रकार की साधारण मशीन है, जो अन्य लोगों की तरह हजारों वर्षों से विभिन्न रूपों में उपयोग में लाई जाती है। Youve शायद उन्हें देखा; वे तय या चल सकते हैं, और एक घूर्णन परिपत्र डिस्क के चारों ओर एक रस्सी या केबल घाव शामिल कर सकते हैं, जिसमें खांचे को फिसलने से केबल रखने के लिए एक नाली या अन्य साधन हैं।
एक चरखी का मुख्य लाभ यह नहीं है कि यह एमए को बढ़ावा देता है, जो कि साधारण पुली के लिए 1 के मूल्य पर रहता है; यह है कि यह एक लागू बल की दिशा बदल सकता है। यह बहुत ज्यादा मायने नहीं रखता अगर गुरुत्वाकर्षण मिश्रण में होता, लेकिन क्योंकि यह है, वस्तुतः हर मानव इंजीनियरिंग समस्या में इसे किसी तरह से लड़ना या इसका लाभ उठाना शामिल है।
एक चरखी का उपयोग भारी वस्तुओं को सापेक्ष आसानी से उठाने के लिए किया जा सकता है, जिससे एक ही दिशा में गुरुत्वाकर्षण क्रियाओं में बल लगाना संभव हो जाता है - नीचे खींचकर। ऐसी स्थितियों में, आप भार बढ़ाने में मदद करने के लिए अपने स्वयं के शरीर के द्रव्यमान का उपयोग कर सकते हैं।
यौगिक चरखी
जैसा कि उल्लेख किया गया है, चूंकि सभी सरल चरखी बल की दिशा बदल देती है, वास्तविक दुनिया में इसकी उपयोगिता, जबकि काफी है, अधिकतम नहीं है। इसके बजाय, विभिन्न रेडियो के साथ कई पुली की प्रणालियों का उपयोग लागू बलों को गुणा करने के लिए किया जा सकता है। यह एफ के बाद से अधिक रस्सी आवश्यक बनाने के सरल कार्य के माध्यम से किया जाता हैमैं W के एक निश्चित मान के लिए d उगता है।
जब उनमें से एक श्रृंखला में एक चरखी का पालन करने वाले की तुलना में बड़ा त्रिज्या होता है, तो इस जोड़ी में एक यांत्रिक लाभ होता है जो कि त्रिज्या के मूल्य के अंतर के समानुपाती होता है। इस तरह के फुफ्फुस की एक लंबी सरणी, जिसे कहा जाता है यौगिक चरखी, बहुत भारी भार ले जा सकते हैं - बस रस्सी के बहुत लाने के लिए!
चरखी नमूना समस्या
3,000 एन का वजन करने वाली हाल ही में आई भौतिक विज्ञान की पुस्तकों को एक डॉक कार्यकर्ता द्वारा उठाया जाता है, जो एक चरखी रस्सी पर 200 एन के बल के साथ खींचता है। प्रणाली का यांत्रिक लाभ क्या है?
यह समस्या वास्तव में जितनी आसान दिखती है; एफओ/ एफमैं = 3,000/200 = 15.0. इस बात को स्पष्ट करना है कि क्या उल्लेखनीय और शक्तिशाली आविष्कार सरल मशीनों, उनकी प्राचीनता और इलेक्ट्रॉनिक ग्लिट्ज की कमी के बावजूद, वास्तव में हैं।
मैकेनिकल एडवांटेज कैलकुलेटर
आप ऑनलाइन कैलकुलेटर से खुद का इलाज कर सकते हैं जो आपको लीवर के प्रकार, रिश्तेदार लीवर-आर्म की लंबाई, चरखी विन्यास के संदर्भ में विभिन्न इनपुट के धन के साथ प्रयोग करने देता है और इसलिए आप इस तरह की समस्याओं में संख्याओं को महसूस करने के लिए हाथों पर लाभ प्राप्त कर सकते हैं। खेल। इस तरह के एक उपयोगी उपकरण का एक उदाहरण संसाधन में पाया जा सकता है।