En spak kan förstora kraften. |

Spaken - En av de sex klassiska enkla maskinerna

Spaken är en av de sex enkla maskiner som definierades av renässansforskare för hundratals år sedan, inklusive hjulet, det lutande planet, skruven, kilen och remskivan. Du har använt en spak i någon form eller form utan att egentligen inse det. Så till exempel sax, mutterknäckare, tång, häck saxar, bult fräsar och klipp saxar alla använder spakar i sin design. En rivstång eller kofot är också en spak, och när du öppnar locket på en tenn med handtaget på en sked, använder du "lagens spak" för att skapa en större kraft. Ett långt handtag på en skiftnyckel ger mer "hävstångseffekt". En klohammer fungerar också som en spak när du drar ut spikar. En såg och skottkärra är också spakar.

Vad är en kraft?

För att förstå hur en spak fungerar måste vi först lära oss om krafter. En kraft kan betraktas som en "push" eller "pull". En kraft krävs för att lyfta en vikt eller skjuta den på en yta.

Exempel på krafter:

  • En kran som lyfter en last.
  • Spänning i en vår.
  • En magnet som drar en bit av järn.
  • Luft i en ballong, fotboll eller däck och skjuter utåt på väggarna.
  • Tyngdkraften håller saker på marken.
  • Luft eller vatten som motstår en bil, flygplan eller fartygs rörelse. Detta kallas drag.

En aktiv kraft resulterar i en reaktiv kraft, så till exempel när du drar på en fjäder, är spänningen i fjädern den reaktiva kraften som drar tillbaka.

Vad betyder mekanisk fördel?

En enkel maskin kan förstora en kraft. Den grad till vilken kraften förstoras kallas den mekaniska fördelen. Spakar är stora eftersom de ökar mekanisk fördel och kan generera mycket större krafter. Till exempel kan en hammare eller kofot enkelt producera massor av kraft för att dra ut spikar eller lyfta en sten.

Vad är delar av en spak?

  • Stråle. Själva den fysiska spaken som är gjord av trä, metall eller plast som kan svänga eller röra sig på stöveln
  • Ansträngning. Kraften som utövas av en person eller maskin på en spak
  • Stödjepunkt. Den punkt där en spak vrider sig eller hänger
  • Ladda. Föremålet som manövreras av spaken.
Spakar kan öka en kraft. Dvs de ger en mekanisk fördel. |

Du har använt en spak utan att veta det!

Använd handtaget på en sked för att öppna en burk. Skeden fungerar som en spak, vilket skapar en större kraft för att lyfta locket. Höjdpunkten är kanten på tennet |

Vad är händelseexempel i vardagen?

  • Crowbars och prybars
  • Tång
  • Sax
  • Flasköppnare
  • Bultsax
  • Mutterknäckare
  • Snickarhammare
  • Hjulkärra

Från "The World of Wonder", en tidskrift för barnvetenskap från 1930-talet |

Vad är de tre klasserna av spakar?

Klassen för en spak beror på placeringen av ansträngning, stöd och belastning.

Första klass spaken

Ansträngningen är på den ena sidan av spaken och lasten är på den andra sidan. Kärnpunkten är i mitten. Om du flyttar stötdämparen närmare lasten ökar den mekaniska fördelen och ökar kraften på lasten.

Exempel på förstklassiga spakar:

Sax, tång, hammare.

Andra klass spak

Ansträngningen är på den ena sidan av spaken och ryggstödet är på den andra sidan med belastningen mellan ansträngningen och stödhjulet. Om du håller ansträngningen i samma läge och flyttar lasten närmare framkanten ökar kraften på lasten.

Exempel på andra klassers spakar:

Nötknäppare och skottkärra.

Tredje klass spak

Stommen är på ena änden av spaken, lasten är på andra sidan och ansträngningen ligger mellan lasten och stödstommen. En tredje klassspak har mindre mekanisk fördel än de andra två typerna eftersom avståndet från lasten till stödpinnen är större än avståndet från ansträngningen till stödpunkterna.

Exempel på spakar från tredje klass:

En arm, kvast, sportutrustning t.ex. basebollträ.

De tre spakklasserna. |

En bult fräsar

Använd en kofot som spak för att lyfta en tung bit sten. |

Tång och sidoskärare |

En grävmaskin (grävare) har flera anslutna spakar i sin bom. Hydraulcylindrar producerar den kraft som krävs för att flytta spakarna. |

Vad är en styrkans ögonblick?

För att förstå hur spakarna fungerar måste vi först förstå konceptet om en styrks moment . Kraftens ögonblick kring en punkt är kraften på kraften multiplicerad med det vinkelräta avståndet från punkten till kraftsriktningen.

Moment av en styrka. |

Hur spakar fungerar - fysiken

I diagrammet nedan verkar två krafter på spaken. Detta är ett schema eller ett diagram, men det representerar symboliskt någon av de verkliga livspakarna som nämns ovan.

Spaken vrider sig vid en punkt som kallas ett stöd som representeras av den svarta triangeln (i verkliga livet kan detta vara skruven som håller de två bladen i en sax ihop). En spak sägs vara balanserad när spaken inte roterar och allt är i jämvikt (t.ex. två personer med lika vikt som sitter på en såg, på lika avstånd från svängpunkten).

Krafter på en spak. |

I diagrammet ovan verkar en kraft F1 nedåt på spaken på ett avstånd d1 från huvudstommen.

När balanserad:

"Summan av medurs meddelanden är lika med summan av moturs ögonblick"

En annan kraft F2 på avståndet d2 från stödet verkar nedåt på spaken. Detta balanserar effekterna av F1 och spaken är stationär, dvs det finns ingen nettomotivkraft.

Så för F1 är ögonblicket F1d1

och för F2 är ögonblicket F2d2

Och när spaken är balanserad, dvs. inte roterande och statisk:

F1d1 = F2d2

Föreställ dig om F1 är den aktiva kraften och är känd. F2 är okänd men måste trycka ner spaken för att balansera den.

Ordna om ekvationen ovan

F2 = F1 (d1 / d2)


Så F2 måste ha detta värde för att balansera kraften F1 som verkar ner på höger sida.

Eftersom spaken är balanserad kan vi tänka på att det finns en ekvivalent kraft som är lika med F2 (och på grund av F1), visad med orange i diagrammet nedan, tryckande uppåt på vänster sida av spaken.

Om avståndet d2 är mycket mindre än d1 (vilket skulle vara fallet med en kofot eller tång), är termen (d1 / d2) i ekvationen ovan större än enhet och F2 blir större än F1. (en lång hanterad kofot kan enkelt producera massor av kraft).

Detta är intuitivt korrekt eftersom vi vet hur en lång kofot kan skapa mycket kraft för att lyfta eller luta saker, eller om du sätter fingrarna mellan en tång och pressar, vet du allt om det!

Om F2 tas bort och spaken blir obalanserad är kraften uppåt på grund av kraften F1 till höger fortfarande F1 (d1 / d2). Denna kraftförstorande effekt eller mekaniska fördel med en spak är en av funktionerna som gör den så användbar.

När spaken är balanserad producerar kraften F1 en ekvivalent kraft med styrka F2 (visas i orange). Detta balanserar F2 (visas i blått) som verkar nedåt |

Spakens lag

Vi kan sammanfatta resonemanget ovan i en enkel ekvation som kallas spaken :

Mekanisk fördel = F2 / F1 = d1 / d2