Schiefe Ebene

Was ist eine geneigte Ebene?

Er schiefe Ebene Es ist eine einfache Maschine, die aus einer flachen Oberfläche besteht, die in Bezug auf die Horizontale einen Winkel bildet. Sein Ziel ist es, den Aufwand zu reduzieren, der erforderlich ist, um ein Objekt auf eine bestimmte Höhe zu erhöhen.

Häufiger Gebrauch besteht darin, eine starke Belastung auf eine Plattform eines Bau- oder Fahrzeugs zu erhöhen. Aus Erfahrung wissen wir, dass die Anstrengungen auf diese Weise reduziert werden, um die Entfernung zur Reise zu erhöhen.

Anstatt vertikal eine H -Höhe zu erhöhen, wird es dazu gebracht, eine Entfernung D auf der Oberfläche der geneigten Ebene zu bereisen. Dann trägt die Oberfläche dazu bei, einen Teil des Objekts des Objekts auszugleichen, insbesondere der vertikalen Komponente desselben.

Die angewendete Kraft F Es ist dafür verantwortlich, die horizontale Komponente des Gewichts zu bewegen, deren Größe geringer ist als die des Gewichts selbst. Daher die Größe von F ist geringer als die Größe der Kraft, die erforderlich ist, um den Körper direkt zu erhöhen.

Die Reduzierung der notwendigen Anstrengungen wird genannt Mechanischer Vorteil, Ein Prinzip, der vom großen Physiker der Antike aus Syrakus entdeckt wurde (287-212 bis.C). Ein größerer mechanischer Vorteil, weniger Anstrengung muss unternommen werden, um die Aufgabe auszuführen.

Beispiele für geneigte Ebenen

Einfache Maschinen wie die geneigte Ebene sind aus der Vorgeschichte bekannt. Die ersten Menschen benutzten Schnittinstrumente aus Stein, um Pfeile zu machen, um Holz zu jagen und zu schneiden, um Utensilien zu machen.

Der mechanische Vorteil m einer einfachen Maschine ist definiert als das Verhältnis zwischen der Größe der Ausgangskraft und der der Eingangskraft. Es ist daher eine dimensionslose Menge.

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Im Allgemeinen ist die Größe der Ausgangskraft größer als der Eingang und m> 1. Es gibt jedoch sehr empfindliche Aufgaben, die eine Verringerung der Ausgangskraft verdienen, wie es bei den Pinzetten der Fall ist, für die m < 1.

Als Beispiele für die Anwendung der geneigten Ebene haben wir:

Rampen

Die Rampe erleichtert, dass das Motorrad auf dem Niveau liegt. Quelle: Wikimedia Commons.

Die Rampen sind nützlich, um schwere Objekte in einer bestimmten Höhe anzuheben, und erfordert die Anwendung einer Kraft von weniger Größe als das Gewicht des Objekts.

Der mechanische Vorteil einer glatten Rampe ohne Reibung wird berechnet, indem der Quotient zwischen seiner Länge, "D" und seiner Höhe bezeichnet wird, als "H" bezeichnet wird:

M = d / h

In der Praxis wird jedoch zwischen den Oberflächen eingerieben, daher ist der eigentliche mechanische Vorteil etwas niedriger als M (siehe Übung gelöst 2).

Keile

Ein Keil ist eine einfache Maschine, die zum Schneiden und Arbeiten verwendet wird. Es ist in der Lage, den Widerstand des Materials durch die Kante zu überwinden und Kräfte in entgegengesetzten Sinnen anzuwenden, wie im Bild auf der rechten Seite zu sehen ist. Quelle: Wikimedia Commons.

Sie bestehen aus einer doppelt geneigten Ebene aus resistenter Material mit zwei Kontaktoberflächen, die aufgrund der Kante, die am Rand gebildet wird, große Reibungskräfte liefern.

Die Kante kann den Widerstand des Materials überwinden und es mit Hilfe eines Hammers in Stücke trennen, um die Kraft aufzutragen. Die Verwendung des Keils erstreckt sich bis zum Adosar A Mango als Axt.

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Messer, Äxte und Meißel sind gute Beispiele für die Verwendung von Keilinstrumenten als Schneidinstrumente. Die Schneidezähne von Menschen haben auch diese Form, um Lebensmittel in kleinere und kaubare Stücke zu schneiden.

Je länger der Keil und der kleinste der Winkel in der Kante, desto größer ist der mechanische Vorteil des Werkzeugs, das angegeben wird:

M = 1 / tg α

Wobei α der Winkel in der Kante ist. Poralformen wie Keile dienen nur zur Überwindung des Holzfestigkeit. Fahrzeuge wie Flugzeuge und Boote haben auch Keilformen, um den Luftwiderstand zu überwinden und Geschwindigkeit zu gewinnen.

Schrauben

Auf einem anderen täglichen Gebrauchsgerät gibt es eine geneigte Ebene, mit der Teile repariert werden: die Schraube. Die Schraubengewinde ist eine geneigte Ebene, die um die zylindrische Achse der Schraube gerollt ist.

Eine Eingangskraft wird angewendet F_Yo Zur Schraube und beim Drehen einer 2πr -Größe, wobei R der Radius ist, steigt die Schraube einen Abstand p, heißt bestanden. Dieser Abstand ist derjenige, der zwei aufeinanderfolgende Schraubengewinde trennt.

Erzwungen, die auf ein Objekt in einer geneigten Ebene wirken

Normal und Gewicht

Die Abbildung zeigt ein freies Körperdiagramm eines Objekts auf einer geneigten Ebene im Winkel α. Unter der Annahme, dass es keine Reibung gibt, sind die auf das Objekt wirkenden Kräfte: das Normal N, senkrecht ausgeübt und W Das Gewicht, das vertikal ist.

Freies Körperdiagramm für einen Körper in einer geneigten Ebene ohne Reibung. In Ermangelung einer Kraft, die sie hält, wird der Körper bergab rutschen. Quelle: Wikimedia Commons.

Die Gewichtskomponente in normaler Richtung ist w_Und, dass diese Normalen kompensiert, weil sich das Objekt nicht über der Ebene bewegt, sondern parallel dazu. Eine Kraft F Das wird auf das Objekt angewendet_X so dass das Objekt durch die geneigte Ebene steigt.

Kann Ihnen dienen: moderne PhysikDieses freie Körperdiagramm zeigt das Objekt, das der kinetischen Reibung und Kraft unterliegt, die es parallel zur Ebene hochladen lässt. Quelle: Wikimedia Commons/f. Zapata.

Normale, Gewicht und kinetische Reibung

Wenn die Reibung berücksichtigt wird, sollte berücksichtigt werden, dass sie immer gegen die Bewegung oder eine mögliche Bewegung ausspricht. Wenn sich das Objekt auf der Oberfläche der geneigten Ebene bewegt, wirkt die kinetische Reibung, wenn das Objekt steigt, die kinetische Reibung F_k Es ist in die entgegengesetzte Richtung gerichtet und die Kraft F muss auch dafür verantwortlich sein, sie zu besiegen.

Übung gelöst

Finden Sie den Winkel, den die Spitze eines Keils haben muss, damit sein mechanischer Vorteil 10 beträgt.

Lösung

In den vorhergehenden Abschnitten wurde festgestellt, dass der mechanische Vorteil m des Keils gegeben wurde durch:

M = 1 / tg α

Wenn m 10 wert sein muss:

1 / tg α = 10

Tg α = 1/10 → α = 5.71º