الميزة الميكانيكية: الصيغة والمعادلات والحساب والأمثلة - جسدي - بدني - 2026

و ميزة الميكانيكية هي العامل أبعاد يحدد مقدار قدرة آلية لتضخيم disminuir- في بعض الحالات القوة وتمارس من خلال ذلك. ينطبق المفهوم على أي آلية: من مقص إلى محرك سيارة رياضية.

الفكرة هي أن تحول الآلات القوة التي يطبقها المستخدم عليها إلى قوة أكبر بكثير تمثل الربح ، أو لتقليصها لتنفيذ مهمة دقيقة.

الشكل 1. المصعد الهيدروليكي عبارة عن آلة ذات ميزة ميكانيكية أكبر من 1. المصدر: Pixabay.

يجب ألا يغيب عن البال أنه عندما يتم تشغيل آلية ما ، فإن جزءًا من القوة المطبقة يتم استثماره حتمًا في مقاومة الاحتكاك. لذلك تصنف الميزة الميكانيكية إلى ميزة ميكانيكية فعلية وميزة ميكانيكية مثالية.

التعريف والصيغ

تُعرّف الميزة الميكانيكية الفعلية للآلة بأنها النسبة بين حجم القوة التي تمارسها الآلة على الحمل (قوة الخرج) والقوة المطلوبة لتشغيل الجهاز (قوة الإدخال):

ميزة ميكانيكية حقيقية VMR = قوة الخروج / قوة الدخول

بينما من جانبها ، تعتمد الميزة الميكانيكية المثالية على المسافة التي تقطعها قوة الإدخال والمسافة التي تقطعها قوة الخرج:

الميزة الميكانيكية المثالية VMI = مسافة المدخل / مسافة المخرج

نظرًا لكونهما حاصلات بين كميات لها نفس الأبعاد ، فإن كلتا الميزتين بلا أبعاد (بدون وحدات) وإيجابية أيضًا.

في كثير من الحالات ، مثل عربة اليد والضغط الهيدروليكي ، تكون الميزة الميكانيكية أكبر من 1 ، وفي حالات أخرى ، تكون الميزة الميكانيكية أقل من 1 ، على سبيل المثال في قضيب الصيد والقابض.

ميزة ميكانيكية مثالية VMI

ترتبط IMV بالأعمال الميكانيكية التي تتم عند مدخل وخروج الآلة. عمل الإدخال ، الذي سنسميه W _i ، ينقسم إلى مكونين:

W _i = اعمل على التغلب على الاحتكاك + تمرن

لا تحتاج الآلة المثالية إلى القيام بعمل للتغلب على الاحتكاك ، وبالتالي فإن العمل عند الإدخال سيكون هو نفسه عند الإخراج ، ويُشار إليه بالرمز W _أو:

العمل عند الدخول = العمل عند الخروج → W _i = W _o.

بما أن الشغل في هذه الحالة هو القوة مضروبًا في المسافة ، فلدينا: W _i = F _i. نعم _أنا

حيث F _i و s _i هما القوة الأولية والمسافة على التوالي. يتم التعبير عن العمل الناتج بالقياس:

W _o = F _o. ق _أو

في هذه الحالة ، F _o و s _o هي القوة والمسافة التي تقدمها الماكينة ، على التوالي. الآن كلتا الوظيفتين متطابقتان:

و _ط. s _أنا = F _o. ق _أو

والنتيجة يمكن إعادة كتابتها في شكل حواسم القوى والمسافات:

(ق _أنا / ث _س) = (و _س / و _ط)

يعد حاصل المسافة على وجه التحديد الميزة الميكانيكية المثالية ، وفقًا للتعريف الوارد في البداية:

VMI = s _i / s _o

كفاءة أو أداء الآلة

من المعقول التفكير في كفاءة التحول بين كلتا الوظيفتين: المدخل والمخرج. تشير الكفاءة إلى e ، ويتم تعريفها على أنها:

e = عمل الإخراج / عمل الإدخال = W _o / W _i = F _o. ق _س / و _ط. نعم _أنا

تُعرف الكفاءة أيضًا بالأداء الميكانيكي. في الممارسة العملية ، لا يتجاوز عمل المخرجات أبدًا عمل الإدخال بسبب خسائر الاحتكاك ، وبالتالي فإن حاصل القسمة المعطى بواسطة e لم يعد يساوي 1 ، ولكنه أقل.

يتضمن التعريف البديل القوة ، وهي العمل المنجز لكل وحدة زمنية:

e = خرج الطاقة / مدخلات الطاقة = P _o / P _i

ميزة ميكانيكية حقيقية VMR

يتم تعريف الميزة الميكانيكية الفعلية ببساطة على أنها الحاصل بين قوة الخرج F _o وقوة الإدخال F _i:

VMR = F _o / F _i

العلاقة بين VMI و VMR والكفاءة

يمكن إعادة كتابة الكفاءة الإلكترونية من حيث VMI و VMR:

ه = و _س. ق _س / و _ط. الصورة _i = (F _o / F _i). (s _o / s _i) = VMR / VMI

لذلك ، فإن الكفاءة هي الحاصل بين الميزة الميكانيكية الحقيقية والميزة الميكانيكية المثالية ، حيث تكون الأولى أقل من الثانية.

حساب VMR مع معرفة الكفاءة

في الممارسة العملية ، يتم حساب VMR من خلال تحديد الكفاءة ومعرفة VMI:

VMR = e. VMI

كيف يتم حساب الميزة الميكانيكية؟

يعتمد حساب الميزة الميكانيكية على نوع الماكينة. في بعض الحالات ، يجب أن يتم ذلك عن طريق إرسال القوى ، ولكن في أنواع أخرى من الآلات ، مثل البكرات على سبيل المثال ، يتم نقل عزم الدوران أو عزم الدوران.

في هذه الحالة ، يتم حساب VMI من خلال معادلة اللحظات:

عزم الدوران الناتج = عزم الإدخال

حجم عزم الدوران هو τ = Frsen θ. إذا كانت القوة ومتجه الموضع متعامدين ، فهناك زاوية 90 between بينهما و sin = sin 90º = 1 ، للحصول على:

F _أو. ص _س = و _أنا. ص _أنا

في آليات مثل المكبس الهيدروليكي ، الذي يتكون من حجرتين مترابطتين بواسطة أنبوب عرضي ومملوءين بسائل ، يمكن أن ينتقل الضغط من خلال المكابس التي تتحرك بحرية في كل غرفة. في هذه الحالة ، يتم حساب VMI من خلال:

ضغط المخرج = ضغط المدخل

الشكل 2. رسم تخطيطي للضغط الهيدروليكي. المصدر: Cuéllar، J. 2015. Physics II. ماكجرو هيل.

أمثلة

- مثال 1

تتكون الرافعة من شريط رفيع مدعوم بدعامة تسمى نقطة ارتكاز ، والتي يمكن وضعها بطرق مختلفة. من خلال تطبيق قوة معينة تسمى "قوة القوة" ، يتم التغلب على قوة أكبر بكثير ، وهي الحمل أو المقاومة.

الشكل 3. رافعة من الدرجة الأولى. المصدر: ويكيميديا ​​كومنز. سجل تجاري

هناك عدة طرق لتحديد نقطة الارتكاز وقوة الطاقة والحمل لتحقيق ميزة ميكانيكية. يوضح الشكل 3 رافعة من الدرجة الأولى ، تشبه الرافعة ، مع نقطة ارتكاز تقع بين قوة الطاقة والحمل.

على سبيل المثال ، يمكن لشخصين من وزن مختلف أن يوازنوا على الأرجوحة أو يصعدوا وينخفضوا إذا جلسا على مسافات مناسبة من نقطة الارتكاز.

لحساب VMI لرافعة الدرجة الأولى ، حيث لا توجد ترجمة ولا يتم أخذ الاحتكاك في الاعتبار ، ولكن هناك دوران ، يتم معادلة اللحظات ، مع العلم أن كلتا القوتين متعامدتان على الشريط. هنا F _i هي قوة الطاقة و F _o هي الحمل أو المقاومة:

F _أو. ص _س = و _أنا. ص _أنا

F _o / F _i = r _i / r _o

حسب التعريف VMI = F _o / F _i ، ثم:

VMI = r _i / r _o

في حالة عدم وجود احتكاك: VMI = VMR. لاحظ أن VMI يمكن أن يكون أكبر أو أقل من 1.

- المثال 2

يتم حساب الميزة الميكانيكية المثالية للضغط الهيدروليكي من خلال الضغط ، والذي وفقًا لمبدأ باسكال ، ينتقل بالكامل إلى جميع نقاط السائل المحصور في الحاوية.

يتم تطبيق قوة الإدخال F ₁ في الشكل 2 على المكبس الصغير للمنطقة A ₁ على اليسار ، ويتم الحصول على قوة الخرج F ₂ من المكبس الكبير في المنطقة A ₂ على اليمين. وبالتالي:

ضغط المدخل = ضغط المخرج

يُعرَّف الضغط بأنه القوة لكل وحدة مساحة ، وبالتالي:

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

نظرًا لأن VMI = F ₂ / F ₁ ، لدينا ميزة ميكانيكية من خلال النسبة بين المناطق:

VMI = A ₂ / A ₁

نظرًا لأن A ₂ > A ₁ ، فإن VMI أكبر من 1 ويكون تأثير الضغط هو مضاعفة القوة المطبقة على المكبس الصغير F ₁.

المراجع

1. كويلار ، ج. 2009. فيزياء 2. الأول. الإصدار. ماكجرو هيل.
2. كين ، ج. 2007. الفيزياء. الثاني. الإصدار. افتتاحية Reverté.
3. Tippens ، P. 2011. الفيزياء: المفاهيم والتطبيقات. الإصدار السابع. ماكجرو هيل
4. ويكيبيديا. رافعة. تم الاسترجاع من: es.wikipedia.org.
5. ويكيبيديا. ميزة ميكانيكيه. تم الاسترجاع من: es.wikipedia.org.