Håndtagsarm

Den aktuelle version af siden er endnu ikke blevet gennemgået af erfarne bidragydere og kan afvige væsentligt fra den version , der blev gennemgået den 20. april 2022; checks kræver 7 redigeringer .

Et håndtag er den enkleste mekanisme , som er en stråle , der roterer omkring et omdrejningspunkt .

Generel information

Håndtaget er en af de enkleste mekanismer. Det er en stiv bjælke, der har evnen til at rotere omkring omdrejningspunktet (ophænget). Bjælkens dele fra støttepunktet til kraftpåvirkningspunktet kaldes håndtagets arme. Med hensyn til omdrejningspunktet kan kræfternes anvendelsessteder være på forskellige sider (håndtag af den første slags) eller på samme side (håndtaget af den anden type) [1] .

Håndtaget bruges til at generere mere kraft på den korte arm med mindre kraft på den lange arm (eller til at få mere bevægelse på den lange arm med mindre bevægelse på den korte arm). Ved at gøre håndtaget lang nok, teoretisk, kan enhver indsats udvikles.

To andre simple mekanismer er også specielle tilfælde af håndtaget: Differentialport og Block .

Historie

Mennesket begyndte at bruge håndtaget i forhistorisk tid , intuitivt at forstå dets princip. Redskaber såsom en hakke eller en pagaj blev brugt til at reducere mængden af kraft, en person skulle udøve. I det femte årtusinde f.Kr. i Mesopotamien blev der brugt vægte , der brugte princippet om en løftestang for at opnå balance. [2] [3] Senere, i Grækenland , blev stålværket opfundet , hvilket gjorde det muligt at ændre magtanvendelsens arm, hvilket gjorde brugen af vægte mere bekvem. Omkring 1500 f.Kr. e. i Egypten og Indien vises en shaduf (en brønd med en "kran"), stamfaderen til moderne kraner, en anordning til at løfte fartøjer med vand. [fire]

Det vides ikke, om datidens tænkere forsøgte at forklare løftestangens princip. Den første skriftlige forklaring blev givet i det tredje århundrede f.Kr. e. Archimedes , der forbinder begreberne kraft , belastning og skulder. Ligevægtsloven, som er formuleret af ham, bruges stadig og lyder sådan her: "Kraften ganget med kraftpåføringsarmen er lig med belastningen ganget med belastningspåføringsarmen, hvor kraftpåføringsarmen er afstanden fra kraftpåføringspunktet til understøtningen, og belastningspåføringsarmen er afstanden fra påføringsstedet for belastningen til understøtningen. Ifølge legenden, da han indså betydningen af sin opdagelse, udbrød Archimedes: "Giv mig et omdrejningspunkt, og jeg vil vende jorden!" [4] .

I den moderne verden bruges håndtagets princip overalt. Næsten enhver mekanisme, der transformerer mekanisk bevægelse, bruger håndtag i en eller anden form. Kraner , motorer , tænger , sakse og tusindvis af andre maskiner og værktøjer bruger håndtag i deres konstruktion.

Sådan virker det

Håndtagets funktionsprincip er en direkte konsekvens af loven om energibevarelse . For at flytte håndtaget et stykke , skal kraften, der virker på siden af lasten, udføre arbejde svarende til: $\Delta h_{1}$

\A_{1}=F_{1}\Delta h_{1}

Set fra den anden side skal den kraft, der påføres fra den anden side, virke

\A_{2}=F_{2}\Delta h_{2}

hvor er forskydningen af den ende af håndtaget, som kraften påføres . For at loven om energibevarelse skal opfyldes for et lukket system, skal de handlende og modstående kræfters arbejde være ens, dvs. $\Delta h_{2}$ $F_{2}$

\A_{1}=A_{2}

\ F_{1}\Delta h_{1}=F_{2}\Delta h_{2}

Ved definition af trekant-lighed vil forholdet mellem forskydninger af de to ender af håndtaget være lig med forholdet mellem dets arme:

{\frac {\Delta h_{1}}{\Delta h_{2}}}={\frac {D_{1}}{D_{2}}}

, Følgelig

\ F_{1}D_{1}=F_{2}D_{2}

I betragtning af at produktet af kraften og afstanden fra omdrejningspunktet til kraftens virkelinje er kraftmomentets modul , kan vi formulere ligevægtsprincippet for håndtaget. Håndtaget er i ligevægt, hvis summen af kraftmomenterne (under hensyntagen til tegnet) påført det er lig med nul. (Mere præcist, hvis vektorsummen af momenterne af kræfter påført den er nul.)

For håndtag, såvel som for andre mekanismer, introduceres en karakteristik, der viser den mekaniske effekt, der kan opnås på grund af håndtaget. En sådan karakteristik er gearforholdet , det viser, hvordan belastningen og den påførte kraft er relateret:

i={\frac {F_{1}}{F_{2}}}={\frac {D_{2}}{D_{1}}}

Det skal bemærkes, at som enhver mekanisme er håndtagets nyttige arbejde mindre end totalen. For eksempel har de fleste håndtag en ydelseskoefficient ( COP ) på ~80%. De resterende 20 procent af arbejdet bruges på at overvinde friktionskraften fra hængslet (lejet), luften mv.

Sammensat håndtag

Et sammensat håndtag er et system af to eller flere simple håndtag, der er forbundet på en sådan måde, at udgangskraften fra en håndtag er inputkraften for den næste. For eksempel, for et system med to håndtag forbundet i serie, hvis en kraft påføres indgangsarmen på det første håndtag , vil udgangskraften være i den anden ende af dette håndtag , og de vil blive forbundet med et gearforhold: $F_{1}$ $F_{2}$

i_{1}={\frac {F_{1}}{F_{2}}}

I dette tilfælde vil den samme kraft virke på indgangsarmen på det andet håndtag , og udgangskraften for det andet håndtag og hele systemet vil være , gearforholdet for det andet trin vil være lig med: $F_{2}$ $F_{3}$

i_{2}={\frac {F_{2}}{F_{3}}}

I dette tilfælde vil den mekaniske effekt af hele systemet, det vil sige hele det sammensatte håndtag, blive beregnet som forholdet mellem input- og outputkræfterne for hele systemet, det vil sige:

i={\frac {F_{1}}{F_{3}}}={\frac {F_{1}}{F_{3}}}{\frac {F_{2}}{F_{2}} }={\frac {F_{1}}{F_{2}}}{\frac {F_{2}}{F_{3}}}=i_{1}i_{2}

Således vil gearforholdet for en sammensat håndtag bestående af to simple være lig med produktet af gearforholdene for de simple håndtag, der er inkluderet i den.

Den samme løsningstilgang kan anvendes på et mere komplekst system, der i det generelle tilfælde består af n håndtag. I dette tilfælde vil der være 2n arme i systemet. Gearforholdet for et sådant system vil blive beregnet ved hjælp af formlen:

i_{C}={\frac {F_{{R1}}}{F_{{(2n-1)-P}}}}={\frac {F_{{R1}}}{F_{{23}} }}\cdot {\frac {F_{{23}}}{F_{{45}}}}\cdot ...\cdot {\frac {F_{{(2n-2)-(2n-1)} }}{F_{{(2n-1)-P}}}}={\frac {B_{{2}}}{B_{{1}}}}\cdot {\frac {B_{{4}} }{B_{{3}}}}\cdot ...\cdot {\frac {B_{{(2n)}}}{B_{{(2n-1)))}}

hvor:

$\B_{i}$ er systemets i-te arm;
$\F_{{(i-1)i}}$ - kraften, der overføres fra skulderen (i-1) til skulderen i;
$\i_{C}$ er hele systemets gearforhold.

Som det kan ses af formlen for dette tilfælde, er det også rigtigt, at gearforholdet for den sammensatte håndtag er lig med produktet af gearforholdene for dets bestanddele.

Typer af håndtag

Der er håndtag af 1. slags , hvor omdrejningspunktet er placeret mellem kræfternes påvirkningspunkter, og håndtag af 2. art , hvor kræfternes påvirkningspunkter er placeret på den ene side af støtten. Blandt håndtag af 2. slags er der håndtag af 3. slags [5] , med anvendelsespunktet for den "indkommende" kraft tættere på omdrejningspunktet end belastningen, hvilket giver en gevinst i fart og distance.

Eksempler: håndtag af den første slags - børns gynge (tværstang), saks; håndtag af den anden slags - en trillebør (et omdrejningspunkt - et hjul), der løfter en genstand med et koben i en opadgående bevægelse; håndtag af den tredje slags - bagdøren til bagagerummet eller motorhjelmen på biler på hydrauliske teleskopstop, løfter kroppen af en dumper (med en hydraulisk cylinder i midten), bevæger musklerne i en persons arme og ben og dyr, en kost.

Se også

økonomisk gearing

Noter

↑ Peryshkin A.V. Physics. 7. klasse. Lærebog. - M .: Drofa Forlag, 2015. - 224 s. - 50000 eksemplarer. — ISBN 978-5-358-15852-8.
↑ V. N. Pipunyrov. Vægtens og vægtindustriens historie i sammenlignende historisk dækning. M, 1955
↑ Skalaernes historie . Hentet 6. april 2010. Arkiveret fra originalen 23. august 2011. (ubestemt)
↑ 1 2 Håndtag: Oversigt over verdens opfindelser . Hentet 6. maj 2010. Arkiveret fra originalen 23. august 2011.
↑ dic.academic.ru/dic.nsf/enc_colier/6606/%D0%9C%D0%90%D0%A8%D0%98%D0%9D%D0%AB Typer af håndtag i Collier's Encyclopedia

Litteratur

Om håndtaget // Fysik . Sankt Petersborg, 1831

Ordbøger og encyklopædier	Flot dansk Fantastisk norsk Great Soviet (1 udg.) Brockhaus og Efron Britannica (online) Universalis Granatæble
I bibliografiske kataloger	BNF : 11980847c J9U : 987007562921805171 LCCN : sh85076325