Jak šikmá rovina usnadňuje práci?
Nakloněné letadlo změnilo svět svým konceptem, který usnadňuje práci. Podívejme se, jak nakloněná rovina - diagonální plocha, která je nakloněna nebo nakloněna na vodorovnou plochu; snáze zvedejte jakékoli předměty a šetříte požadovanou mechanickou energii:
- Kvůli jeho trojúhelníkovému tvaru je k pohybu předmětu směrem nahoru po nakloněné rovině zapotřebí menší síly než síly v přímé dráze na vodorovném povrchu.
- Objekt se musí po nakloněné rovině pohybovat na větší vzdálenost, než je vodorovný povrch.
- Pomáhá těžkému předmětu překonat povrchový odpor a rychle se pohybovat z jedné polohy do druhé.
- Proto podle pracovního vzorce nakloněná rovina snižuje sílu rozložením práce na delší vzdálenost, což usnadňuje jakoukoli práci.
Co jsou příklady šikmé roviny?
Příklad nakloněné roviny obsahuje mnoho aplikací v reálném životě, které umožňují snadnější pohyb těžkých nebo křehkých předmětů, včetně lidí. Níže jsou uvedeny příklady různých nakloněných rovin:
Mountain
Některá nakloněná letadla se přirozeně vyskytují, protože je nikdo nevytvořil. Jen bylo třeba si toho všimnout. Hora je přirozeně se vyskytujícím příkladem nakloněné roviny.
Předpokládejme, že jdete na horu. Zde je hora nakloněná rovina a vy jste nákladem, který chůzi do hory, a normální resp svalová síla je vyžadována k provedení práce. Pokud se vydáte strmější stezkou, abyste ušetřili čas na dosažení vrcholu hory, bude pro vás obtížnější chodit, protože budete potřebovat více síly. Zatímco pokud se vydáte po mírnějším svahu než po strmější stezce, byla by to delší trasa, ale mnohem snazší se dostat na horu, protože vyžaduje méně síly.
Můžete pozorovat, že rozdíl mezi výškou vrcholu hory a horského dna se při pohybu nahoru zvyšuje bez ohledu na zvolenou trasu. Přesné množství práce bude tedy odvedeno, jakmile dosáhnete vrcholu hory, ať už se vydáte přímou stezkou, strmou stezkou nebo stezkou s mírným svahem.
Schody
Jsou základním příkladem nakloněné roviny používané k dosažení vyšší úrovně nebo podlahy v budově nebo domě. Namísto výstupu nahoru je chůze po schodech přístupnější, protože vyžaduje méně energie.
Jezdící schody
Podobně jsou elektronická schodiště nazývaná eskalátory také příkladem nakloněných rovin, které pohání osobu až do horního patra, aniž by vyvíjely energii.
Rampa pro invalidní vozík
Je to jedna ze základních nakloněných rovin, které usnadňují život tělesně postiženým. Na většině veřejných míst je plochý šikmý povrch připevněn z vyššího patra k zemi, speciálně postavený pro pohyb tělesně postižených osob pomocí invalidního vozíku s názvem Wheelchair Ramp. Pomocí rampy tlačí invalidní vozík na nižší úroveň a poté se zvedne na vyšší.
Celková vzdálenost potřebná k tlačení invalidního vozíku do vyššího patra se zvyšuje, ale potřebná síla a energie se snižují.
Slides
Jsou to jedna nakloněná rovina, která umožňuje bezpečné spouštění libovolných předmětů z výšky. Jeho jeden konec je umístěn blízko země a druhý je zvedán ve výšce. Výškový rozdíl hran obou konců z něj činí nakloněnou rovinu.
Předpokládejme, že stojíte ve výšce a držíte v ruce malý předmět, a pak chcete tento předmět dát osobě stojící na podlaze. Pokud použijete nakloněnou rovinu, jako je skluzavka, namísto házení tohoto předmětu na předmět, předmět bezpečně sestoupí ze skluzavky pomocí gravitační síly.
Snímky hřiště
Odstraněním tření ze snímku lze zvýšit rychlost, jakou se objekty pohybují po sjezdech. Kromě komerčních diapozitivů se tedy přehrávání diapozitivů stává nejoblíbenější formou zábavy, kterou na většině hřišť pozorujeme.
Střecha
Střecha domů se stane šikmou rovinou, když je postavena ve tvaru šikmého svahu. Střechu se šikmým sklonem lze pozorovat hlavně v kopcovitých oblastech, protože umožňuje zatížení dešťovou vodou, sněhem nebo prachem.
Kvůli tomuto šikmému svahu se veškeré odpadní věci díky gravitační síle rychle sesunou ze střechy na zem.
Kontejnerový vůz
Dříve to neslo těžké věci nebo odpadky z jednoho místa na druhé. Podobný princip nakloněné roviny jako rampa pro invalidní vozík se používá k nakládání těžkých věcí do nákladního vozu. Nakloněná kontejnerová rampa pro invalidní vozík je připevněna k zadní části nákladního vozu.
Tento nakloněný kontejner tedy funguje jako nakloněná rovina, která umožňuje nakládání a vykládání jakýchkoli předmětů téměř bez námahy.
Letterbox
Žlaby používané k upuštění dopisu do soukromé schránky jsou také příkladem nakloněné roviny. Žlaby nabízejí šikmý svah spojený s otvory pro schránky.
Šikmý sklon pomáhá dopisu snadno sklouznout dolů do schránky na dopisy a zabraňuje zaseknutí schránky na dopisy.
Pyramidy
Zajímalo vás, jak lidé ve starověku pyramidu stavěli? Primární otázkou pro stavbu pyramid je, jak během té doby zvedají těžké bloky velmi vysoko ze země.
Odpověď je, že nezvedali, ale tahali bloky nahoru pomocí nakloněných rovin. Struktura pyramid se tedy jeví jako trojúhelník ze všech snímků, stejně jako nakloněná rovina.
Trychtýř
Vzniká spojením dvou typů geometrických tvarů, jako je kužel a válec. Zde zakřivená část kužele funguje jako nakloněná rovina jakékoli tekutiny do ní nalité.
Sklon kužele umožňuje kapalině snadno klouzat dolů po válci pomocí gravitační síly.
Letadlo
Vrtule, připevněná na začátku letadla, má tvar podobně jako její křídla. Obě části letadla zrychlují proudění vzduchu přes jejich zakřivené povrchy. Když se vrtule otáčí, rychlost její lopatky je nejvyšší ve špičce a nejpomalejší ve spodní části. Během jednoho úplného otočení se hrot čepele za stejnou dobu urazí mnohem dál než jeho dno, proto je úhel čepele největší dole a nejmenší na špičce.
Pokud je úhel listu přes vrtuli rovnoměrný, dojde ke změně tahu a rozdílu tlaku způsobené vrtulí zdola nahoru, což vede k negativnímu úhlu náběhu ve spodní části a zastavení lopatky na špičce.
Listy vrtule jsou proto nakloněny s vyšším geometrickým stoupáním ve spodní části a nižším stoupáním ve špičce, což zabraňuje výraznému rozdílu tlaku vzduchu přes list.
Letadlo je proto jedním z pokročilých příkladů nakloněných letadel.
Víte, že je kolem vás tolik nakloněných rovin, které vám usnadňují život? Uveďte příklady takových nakloněných rovin, které můžete najít.
Jaký je účel nakloněné roviny?
Nakloněná rovina je jedním z typů jednoduché stroje - s cílem omezit lidské úsilí, aby jejich úkoly byly snazší.
Je to rampa nebo svah, ve kterém je povrch šikmý, což pomáhá při přesunu těžkých předmětů z nižší výšky do vyšší.
Význam jednoduchých strojů
"Základní mechanické zařízení, které se používá k usnadnění práce při použití jakékoli síly. "
Druhy jednoduchých strojů
Jednoduché stroje jsou rozděleny do šesti typů; které najdete všude kolem nás, jsou uvedeny níže:
- Nakloněná rovina
- Páka
- Klín
- Šroub
- Kolo na hřídeli
- Kladka
Jaké jsou 3 typy nakloněných rovin?
Tři z dalších šesti jednoduchých strojů založených na nakloněné rovině jsou uvedeny níže:
- Páka : nakloněná rovina, která podporuje vyvýšený povrch z vodorovného povrchu.
- Klín : přenosný druh nakloněné roviny vytvořené spojením dvou nakloněných rovin na okraji.
- Šroub : zkroucená nakloněná rovina, která je vytvořena obalením kolem tyče nebo válce.
Jaké koncepty, procesy jsou spojeny s pohybem na nakloněné rovině?
Když objekt klouže nahoru nebo dolů po nakloněné rovině, k pohybu tohoto objektu na nakloněné rovině jsou přidruženy následující koncepce nebo procesy, které usnadňují práci na nakloněné rovině:
- Síly na nakloněné rovině
- Zrychlení na nakloněné rovině
- Pohyb po nakloněné rovině bez tření
- Pohyb na nakloněné rovině s třením
- Úhel tření na nakloněné rovině
- Mechanická výhoda nakloněné roviny
Jak nakloněná rovina ovlivňuje pohyb?
Rychlost, jakou se objekt na nakloněné rovině klouže, závisí na tom, jak je povrch nakloněný nebo nazvaný.
Čím je povrch nakloněn, tím rychleji klouže předmět.
Abychom porozuměli pohybu předmětu na nakloněné rovině, musíme analyzovat počet sil, které na něj působí na nakloněné rovině.
Síly na nakloněné rovině
Na předmět v nakloněné rovině působí alespoň dvě síly: -
- Normální síla, který působí kolmo na povrch
- Gravitační síla, také známá jako váha předmětu, působí dolů.
Přečtěte si více o Různé typy sil
Jak lze vypočítat zrychlení na nakloněné rovině?
Všimněte si, že dvě síly na předmět na nakloněné rovině jsou ve stejném směru. tj. ne v opačném směru. Proto je jedna síla rozdělena na její kolmé složky, které snadno umožňují přidání dalších sil na objekt.
Tento proces zahrnuje rozlišení hmotnosti objektu (Fgrav) na dvě kolmé součásti:
- Jeden směrovaný paralelní F∥ do nakloněné roviny
- Další je směrován kolmo F⊥ do nakloněné roviny.
Vzorec nakloněné roviny
Rovnice rovnoběžných složek je:
F∥ = mgsinθ ………… (1)
Rovnice kolmých složek je:
F⊥=mgcosθ ……………… (2)
Kolmá složka gravitační síly vyvažuje normální sílu, protože je směrována proti normální síle, zatímco paralelní složka gravitační síly zůstává nevyvážená.
Zde je čistá síla na nakloněné rovině nevyvážená rovnoběžná složka gravitační síly, která zrychluje předmět na nakloněné rovině.
Čistá síla na nakloněné rovině je dána vztahem,
Fnet = mgsinθ …………………. (3)
Pokud mezi nakloněnou rovinou a předmětem neexistuje žádné tření, pak je tato rovina označena jakoideální nakloněná rovina '.
Pro ideální nakloněnou rovinu,
Práce odvedená na zvedání břemena nakloněnou rovinou, jejíž výstupní práce (Wout) se rovná práci odvedené aplikovanou silou, což je vstupní práce (Win).
Wout =Win ………………………… .. (4)
Podle druhého Newtonova zákona o pohybu
a=Fnet/m
Zrychlení objektu je rovnoběžná složka gravitační síly dělená jeho hmotností (m) pro ideální nakloněnou rovinu.
Rovnici zrychlení na nakloněné rovině získáme následovně:
a=gsinθ ………………….. (5)
Objekt bude se zrychlením klouzat dolů gsinθ na povrch bez tření nakloněné roviny.
Jak určit nakloněné rovinné tření?
Když třecí síla (označená fpeníze) přicházejí do obrazu v nakloněné rovině, souvisí s normální silou (fN) podle
f fric = μfN………………….(6)
Kde μ je koeficient tření.
Jak zjistit úhel nakloněné roviny s třením?
Abychom určili třecí sílu podle nakloněné roviny, musíme nejprve najít normální sílu. Všimněte si, že dvě síly na nakloněné rovině jsou v opačných směrech. Pohyb předmětu proto sklouzne dolů a třecí síla je rovnoběžná se sklonem roviny, zatímco normální síla mezi předmětem a nakloněnou rovinou je kolmá na jeho sklon.
Rovnice kolmé složky normálové síly je
F⊥=mgcosθ
Jako podle rovnice (6), třecí síla na nakloněné rovině je
f fric = μ mgcosθ ……………………… (7)
Kolik různých způsobů vypočítat tření na posuvném objektu po nakloněné rovině?
Abychom určili třecí sílu mezi dvěma objekty, můžeme akceptovat, že objekt může klouzat dolů konstantním pohybem po nakloněné rovině - pokud je čistá síla nulová.
Diagram ukazuje, že třecí síla a souběžné složky gravitační síly působí na objekt v opačném směru.
Všimněte si, že když mají obě síly na předmět stejnou velikost, je jeho zrychlení nulové.
f net = 0
f fric + f grav = 0
μ mgcosθ – mgsinθ = 0
Všimněte si, že mgsinθ je negativní jako gravitační síla je v opačném směru.
μ = mgsinXNUMX/mgcosXNUMX
μ = tanθ
Zde je θ úhel tření, Také volal úhel odpočinku při kterém může předmět zůstat nehybný, aniž by se v důsledku tření sklouzl dolů po nakloněné rovině.
Jaká je mechanická výhoda nakloněné roviny?
- Projekt mechanická výhoda poskytuje množství síly potřebné k pohybu jakýchkoli předmětů na nakloněné rovině.
- MA je založen na sklonu a výšce nakloněné roviny. Čím menší je sklon, tím menší je požadovaná síla a tím větší je jeho mechanická výhoda.
Mechanická výhoda (MA) je definována jako "Poměr výstupní síly vyvíjené na předmět nakloněnou rovinou ke vstupní síle působící na předmět."
Mechanická výhoda rovné roviny
Pro nakloněnou rovinu je výstupní síla na předmět gravitační silou. tj. jeho hmotnost Fw, zatímco vstupní síla je rovnoběžná s rovinou Fi.
Mechanická výhoda je dána pomocí
MA = Fw/F_{i} …………………………..(8)
Jak se vypočítává mechanická výhoda?
Vypočítáme mechanickou výhodu z hlediska povrchu bez tření.
Vrátit se zpět na rovnice (4),
Výstupní práce se rovná součinu výstupní síly a svislého posunutí nebo výšky nebo stoupání nakloněné roviny.
Wout = Fw X Nárůst …………………(A)
Vstupní práce se rovná součinu vstupní síly a diagonální délky nakloněné roviny.
W in = Fi X Délka …………………(B)
Dosazením rovnic (A) a (B) do rovnice (4), dostaneme
Fw X Rise = Fi X Délka
Fw/Fi = délka/vzestup
Podle rovnice (8),
MA = {Fw/Fi = Délka/Zvýšení …………….(C)
Z diagramu lze mechanickou výhodu vyjádřit úhlem θ nakloněné roviny,
sinθ = vzestup/délka
Nakonec je mechanická výhoda (MA) na nakloněné rovině vyřešena jako,
MA = {Fw/{Fi = 1/sinθ ……………………….(D)
Čím menší je nakloněný nebo nakloněný úhel roviny, tím je jeho mechanická výhoda obrovská.
Jak zjistíte skutečnou mechanickou výhodu nakloněných rovin?
Mechanická výhoda nakloněné roviny (MA) bez jakéhokoli tření je údajně 'Ideal Mechanical Advantage (IMA)".
Když má nakloněná rovina nějaké tření, říká se, že její mechanická výhoda je 'Skutečná mechanická výhoda (AMA)".
Skutečná mechanická výhoda (AMA) je dána,
AMA = Fw/Fi + F fric
Kde Fpeníze je třecí síla působící na předmět.
Jaká je účinnost nakloněné roviny?
Účinnost nakloněné roviny je procento vstupní práce působící silou na výstupní práci silou vyvíjenou nakloněnou rovinou.
Účinnost nakloněné roviny se vypočítá jako:
Účinnost = výstupní práce / vstupní práce × 100%
Protože část množství vstupní práce je použita k překonání tření, je větší než výstupní práce, což vede k menší 100% účinnosti nakloněné roviny. Čím blíže je účinnost nakloněné roviny ke 100%, tím lépe může překonat tření.
Jak zvýšit účinnost nakloněné roviny?
Vrátit se zpět na rovnice (D) mechanické výhody na nakloněné rovině
Pro zvýšení účinnosti nakloněné roviny musíme snížit tření snížením koeficientu tření μ nebo zvětšením úhlu tření θ.
Účinnost je prakticky zvýšena použitím válečků ve spojení s nakloněnou rovinou nebo klínem místo nakloněné roviny.
ČASTO KLADENÉ OTÁZKY (FAQ)
Co se stane, když je sklon nakloněné roviny příliš strmý?
Odpověď: Pokud je sklon nakloněné roviny příliš strmý, bude pohyb objektu po nakloněné rovině pohybovat následujícím způsobem:
- čím menší vzdálenost musí předmět urazit
- čím větší síla bude zapotřebí k pohybu předmětu v rovině
- menší mechanická výhoda nakloněné roviny
Síla působící nakloněnou rovinou na předmět je?
Ans: Níže jsou uvedeny dvě síly působící nakloněnou rovinou na předmět:
- Gravitační síla
- Normální síla
Je nakloněné letadlo omotané kolem centrálního válce pákou?
Odpověď: Úroveň je nakloněná rovina, která podporuje vyvýšený povrch z vodorovného povrchu.
Zkroucená nakloněná rovina, která je vytvořena obalením kolem válce, se nazývá šroub.
Nakloňte nakloněnou rovinu s předmětem na ní, dokud nedosáhne úhlu, kde začne klouzat. Má hmotnost předmětu nebo gravitace vliv na to, jaký je tento úhel?
Odpověď: Když je úhel větší než úhel tření, objekty začnou klouzat dolů po nakloněné rovině.
Protože tento úhel tření je odvozen od gravitační síly na předmět s hmotností m, gravitace nebo jeho hmotnost ovlivňuje tento úhel tření.
Pohybuje se tělo po nakloněné rovině, když není přítomna gravitace, ale tření je cvičení Newtonova mechanika vynucuje fyziku tření?
Odpověď: Třecí síla, která tlačí předmět na nakloněnou rovinu, závisí na normální síle mezi předmětem a nakloněnou rovinou. Kolmé složky gravitační síly poskytují normální sílu.
Pokud tedy není přítomna gravitace, nebude na předmět působit žádná normální síla ani žádná třecí síla. Tělo se tedy bez gravitace nepohybuje po nakloněné rovině.
