레버의 기본 물리적 원리는 우리의 힘줄과 근육이 우리의 사지를 움직일 수 있기 때문에 레버는 우리 주변과 우리 안에 있습니다. 신체 내부에서 뼈는 빔과 관절이 풀 크럼으로 작용할 때 작용합니다.
Legend에 따르면, Archimedes (기원전 287-212 년)는 한때 유명하게 말했다. 실제로 세상을 움직이기 위해서는 긴 레버가 도대체 필요하지만, 성명서는 기계적 이점을 부여 할 수있는 방법에 대한 증거로 옳습니다. 유명한 인용문은 후기 작가 인 Alexandria의 Archimedes에 기인합니다. Archimedes는 실제로 그것을 말하지 않았을 것입니다. 그러나 레버의 물리학은 매우 정확합니다.
레버는 어떻게 작동합니까? 그들의 움직임을 지배하는 원칙은 무엇입니까?
레버는 어떻게 작동합니까?
레버는 두 개의 재료 구성 요소와 두 개의 작업 구성 요소로 구성된 간단한 기계입니다.
- 빔 또는 고체 막대
- 풀 크럼 또는 피벗 포인트
- 입력력 (또는 노력 )
- 출력력 (또는 부하 또는 저항 )
빔의 일부가 풀 크럼에 놓여 지도록 빔이 배치됩니다. 전통적인 레버에서, 풀 크럼은 고정 위치에 남아 있으며, 빔 길이를 따라 힘이 적용됩니다. 그런 다음 빔은 풀 크럼 주위에 피벗되어 움직여야하는 일종의 물체에 출력력을 발휘합니다.
고대 그리스 수학자와 초기 과학자 인 Archimedes는 일반적으로 수학 용어로 표현한 레버의 행동을 지배하는 물리적 원리를 처음으로 발견 한 적이 있습니다.
.레버에서 작업하는 주요 개념은 단단한 빔이기 때문에 레버의 한쪽 끝으로의 총 토크가 다른 쪽 끝에 동등한 토크로 나타납니다. 이것을 일반적인 규칙으로 해석하기 전에 특정 예를 살펴 보겠습니다.
레버 밸런싱
Fulcrum을 가로 질러 빔에 균형을 이루는 두 개의 질량을 상상해보십시오. 이 상황에서는 측정 할 수있는 4 가지 주요 수량이 있음을 알 수 있습니다 (사진에도 표시됨) :
- m 1 - 풀 크럼의 한쪽 끝에있는 질량 (입력력)
- a - 풀 크럼에서 m 까지의 거리 1
- m 2 - Fulcrum의 다른 쪽 끝에있는 질량 (출력력)
- b - 풀 크럼에서 m 까지의 거리 2
이 기본 상황은 이러한 다양한 수량의 관계를 밝힙니다. 이것은 이상적인 레버라는 점에 유의해야하므로 우리는 빔과 풀 크럼 사이에 전혀 마찰이없는 상황을 고려하고 있으며, 바람처럼 평형의 균형을 버릴 다른 힘이 없다는 것을 고려하고 있습니다.
.이 설정은 기본 척도에서 가장 친숙하며 무게를 측정하는 데 사용됩니다. Fulcrum의 거리가 동일하다면 (수학적으로 a = b ) 그러면 무게가 동일하면 레버가 균형을 잡을 것입니다 ( m 1 = m 2 ). 스케일의 한쪽 끝에 알려진 가중치를 사용하는 경우 레버가 균형을 잡을 때 스케일의 다른 쪽 끝에서 무게를 쉽게 알 수 있습니다.
물론 상황이 훨씬 더 흥미로워집니다. b 과 같지 않습니다 . 이러한 상황에서 아르키메데스가 발견 한 것은 질량의 산물과 레버 양쪽의 거리 사이에 정확한 수학적 관계 (사실, 동등성)가 있다는 것이었다.
m 1 a = m 2 b
이 공식을 사용하면 레버의 한쪽면에서 거리를 두 배로 늘리면 다음과 같이 균형을 맞추는 데 큰 질량이 필요합니다.
a =2 b
m 1 a = m 2 b
m 1 (2emb ) = m 2 b
2 m 1 = m 2
m 1 =0.5 m 2
이 예는 레버에 앉아있는 질량에 대한 아이디어를 기반으로했지만 질량은 인간의 팔이 밀어 붙이는 것을 포함하여 레버에 물리적 힘을 발휘하는 모든 것으로 대체 될 수 있습니다. 이것은 우리에게 레버의 잠재적 힘에 대한 기본적인 이해를 제공하기 시작합니다. 0.5 m 인 경우 2 =1,000 파운드, 그러면 해당 측면에서 레버의 거리를 두 배로 늘려서 다른쪽에 500 파운드 무게로 균형을 맞출 수 있다는 것이 분명해집니다. a =4 b , 당신은 단지 250 파운드의 힘으로 1,000 파운드의 균형을 잡을 수 있습니다.
이것은 "레버리지"라는 용어가 공통의 정의를 얻는 곳으로, 종종 물리학 영역 밖에서 잘 적용됩니다. 상대적으로 적은 양의 힘 (종종 돈이나 영향력으로)을 사용하여 결과에 대해 불균형 적으로 더 큰 이점을 얻습니다.
.레버 유형
레버를 사용하여 작업을 수행 할 때, 우리는 대중이 아니라 레버에 입력력을 발휘한다는 아이디어에 중점을 둡니다 ( 노력 ) 및 출력력 ( 부하라고 함) 또는 저항 ). 예를 들어, 크로우 바를 사용하여 손톱을 들어 올리면 출력 저항력을 생성하기위한 노력의 힘을 발휘합니다.
레버의 4 가지 구성 요소는 세 가지 기본 방식으로 함께 결합하여 세 가지 클래스의 레버를 만들 수 있습니다.
이러한 서로 다른 구성은 각각 레버가 제공하는 기계적 이점에 다른 영향을 미칩니다. 이것을 이해하는 것은 Archimedes가 처음으로 이해 한 "레버의 법칙"을 무너 뜨리는 것이 포함됩니다.
레버의 기본 수학적 원리는 풀 크럼으로부터의 거리가 입력 및 출력력이 서로 어떻게 관련되는지 결정하는 데 사용될 수 있다는 것입니다. 레버의 질량 균형을 유지하기 위해 이전 방정식을 취하고 입력력 ( f i 로 일반화합니다. ) 및 출력력 ( f o ), 우리는 기본적으로 레버를 사용할 때 토크가 보존 될 것이라고 말하는 방정식을 얻습니다.
이 공식은 레버의 "기계적 이점"을위한 공식을 생성 할 수 있습니다.
이전 예에서, 여기서 a =2 b , 기계적 이점은 2 였는데, 이는 500 파운드의 노력이 1,000 파운드 저항의 균형을 맞추는 데 사용될 수 있음을 의미했습니다.
기계적 이점은 a 의 비율에 따라 다릅니다 b 까지 . 클래스 1 레버의 경우 어떤 식 으로든 구성 할 수 있지만 클래스 2 및 클래스 3 레버는 a 의 값에 제약 을가합니다. 및 b .
방정식은 레버의 작동 방식에 대한 이상적인 모델을 나타냅니다. 이상화 된 상황에 들어가는 두 가지 기본 가정이 있으며, 실제 세계에서 물건을 버릴 수 있습니다.
최고의 실제 상황에서도 거의 사실입니다. Fulcrum은 마찰이 매우 낮아 설계 될 수 있지만 기계식 레버에는 거의 마찰이 없을 것입니다. 빔이 Fulcrum과 접촉하는 한 일종의 마찰이 관련 될 것입니다.
아마도 더 문제가되는 것은 빔이 완벽하게 직선적이고 융통성이 없다는 가정입니다. 1,000 파운드 무게의 균형을 잡기 위해 250 파운드 무게를 사용했던 이전의 경우를 상기하십시오. 이 상황의 풀 크럼은 처짐이나 파손없이 모든 무게를 지원해야합니다. 이 가정이 합리적인지 여부에 따라 사용되는 자료에 달려 있습니다.
레버를 이해하는 것은 기계 공학의 기술적 측면에서부터 자신만의 최고의 보디 빌딩 요법 개발에 이르기까지 다양한 분야에서 유용한 기술입니다.
레버의 법칙
f i A = f o b
기계적 이점 = a / b = f o / f i
실제 레버
