Sejak zaman kuno, umat manusia telah mencari cara apa pun untuk memfasilitasi pekerjaan fisik mereka. Mekanisme sederhana telah menjadi sarana untuk memecahkan masalah ini. Artikel ini membahas penemuan seperti tuas dan balok, serta sistem tuas dan balok.
Apa itu leverage dan kapan digunakan?
Mungkin semua orang sudah akrab dengan mekanisme sederhana ini sejak kecil. Dalam fisika, tuas adalah kombinasi dari balok (batang, papan) dan satu penyangga. Berfungsi sebagai tuas untuk mengangkat beban atau untuk mengkomunikasikan kecepatan ke tubuh. Bergantung pada posisi penopang di bawah balok, tuas dapat menghasilkan penguatan baik dalam gaya maupun dalam pergerakan beban. Harus dikatakan bahwa tuas tidak mengarah pada pengurangan pekerjaan sebagai kuantitas fisik, itu hanya memungkinkan Anda untuk mendistribusikan kembali pelaksanaannya dengan cara yang nyaman.
Man telah menggunakan leverage untuk waktu yang lama. Jadi, ada bukti bahwa itu digunakan oleh orang Mesir kuno dalam pembangunan piramida. Deskripsi matematis pertama tentang efek tuas berasal dari abad ke-3 SM dan milik Archimedes. Penjelasan modern tentang prinsip pengoperasian mekanisme ini yang melibatkan:konsep momen gaya baru muncul pada abad ke-17, selama pembentukan mekanika klasik Newton.
Aturan tuas
Bagaimana cara kerja tuas? Jawaban atas pertanyaan ini terkandung dalam konsep momen gaya. Yang terakhir disebut nilai seperti itu, yang diperoleh sebagai hasil dari mengalikan lengan gaya dengan modulusnya, yaitu:
M=Fd
Lengan gaya d adalah jarak dari titik tumpu ke titik penerapan gaya F.
Saat tuas melakukan tugasnya, ada tiga gaya berbeda yang bekerja padanya:
- kekuatan eksternal diterapkan, misalnya, oleh seseorang;
- berat beban yang ingin dipindahkan seseorang dengan tuas;
- reaksi tumpuan yang bekerja dari sisi tumpuan ke balok tuas.
Reaksi penyangga menyeimbangkan dua gaya lainnya, sehingga tuas tidak bergerak maju dalam ruang. Agar tidak juga melakukan gerakan rotasi, perlu bahwa jumlah semua momen gaya sama dengan nol. Momen gaya selalu diukur relatif terhadap beberapa sumbu. Dalam hal ini, sumbu inilah yang menjadi tumpuan. Dengan pilihan sumbu ini, bahu aksi gaya reaksi pendukung akan sama dengan nol, yaitu gaya ini menciptakan momen nol. Gambar di bawah menunjukkan tuas tipikal jenis pertama. Panah menandai gaya luar F dan berat beban R.
Tuliskan jumlah momen untuk gaya-gaya ini, kita memiliki:
RdR+ (-FdF)=0
Kesamaan dengan nol dari jumlah momen memastikan tidak adanya rotasi lengan tuas. Momengaya F diambil dengan tanda negatif karena gaya ini cenderung memutar tuas searah jarum jam, sedangkan gaya R cenderung membuat putaran ini berlawanan arah jarum jam.
Menulis ulang ekspresi ini dalam bentuk berikut, kita memperoleh kondisi kesetimbangan untuk tuas:
RdR=FdF;
dR/dF=F/R
Kami telah memperoleh persamaan tertulis menggunakan konsep momen gaya. Pada abad III SM. e. Filsuf Yunani tidak tahu tentang konsep fisik ini, namun Archimedes menetapkan hubungan terbalik antara rasio gaya yang bekerja pada lengan tuas dan panjang lengan ini sebagai hasil dari pengamatan eksperimental.
Persamaan yang tercatat menunjukkan bahwa penurunan panjang lengan dR berkontribusi pada munculnya kemungkinan mengangkat beban besar dengan bantuan gaya kecil F dan a lengan panjang dF R kargo.
Apa yang dimaksud dengan balok dalam fisika?
Blok adalah mekanisme sederhana lainnya, yang merupakan silinder bundar dengan alur di sepanjang permukaan silinder. Alur berfungsi untuk mengamankan tali atau rantai. Balok memiliki sumbu rotasi. Gambar tersebut menunjukkan contoh blok yang menunjukkan cara kerjanya.
Blok ini disebut tetap. Itu tidak memberikan keuntungan dalam kekuatan, tetapi memungkinkan Anda untuk mengubah arahnya.
Selain blok tetap, ada blok bergerak. Sistem blok bergerak dan tetap ditunjukkan di bawah ini.
Jika aturan momen diterapkan pada sistem ini, maka kita dapatkanpeningkatan kekuatan adalah dua kali, tetapi pada saat yang sama kita kehilangan jumlah yang sama di jalan (dalam gambar F=60 N).
Sistem tuas dan balok
Seperti yang disebutkan di paragraf sebelumnya, leverage dapat digunakan untuk mendapatkan jalur atau kekuatan, sementara blok memungkinkan Anda untuk mendapatkan kekuatan dan mengubah arah tindakannya. Sifat-sifat mekanisme yang dianggap sederhana ini digunakan dalam sistem tuas dan balok. Dalam sistem ini, setiap elemen mengambil beberapa gaya dan mentransfernya ke elemen lain sehingga kita mendapatkan gaya asli sebagai output.
Kemudahan pengoperasian tuas dan balok serta fleksibilitas penggunaan strukturalnya memungkinkan untuk menyusun mekanisme kompleks dari kombinasi semacam itu.
Contoh penggunaan sistem mekanisme sederhana
Faktanya, setiap mesin yang mengelilingi kita adalah sistem tuas dan balok. Berikut adalah contoh yang paling terkenal:
- mesin tik;
- piano;
- derek;
- perancah lipat;
- tempat tidur dan meja yang dapat disesuaikan;
- satu set tulang, sendi, dan otot manusia.
Jika gaya masukan pada masing-masing sistem diketahui, maka gaya keluaran dapat dihitung dengan menerapkan aturan tuas secara berurutan pada setiap elemen sistem.
