Máy tính Lợi thế Cơ học

Máy tính Lợi thế Cơ học giúp bạn tính toán xem một máy cơ đơn giản nhân lực đầu vào của bạn lên bao nhiêu lần. Hãy chọn một đòn bẩy, ròng rọc, mặt phẳng nghiêng (dốc), hoặc hệ thống bánh răng, nhập các kích thước của nó và xem ngay lợi thế cơ học lý tưởng (IMA), lợi thế cơ học thực tế (AMA) đã điều chỉnh theo hiệu suất, lực phát động cần thiết để di chuyển một tải trọng, và sự đánh đổi giữa khoảng cách và tốc độ — tất cả đều đi kèm với một sơ đồ hoạt họa của máy cơ đó.

Lợi thế Cơ học là gì?

Lợi thế cơ học (MA) là hệ số mà một máy cơ nhân lực đầu vào lên. Nó là tỷ số giữa lực đầu ra (tải) và lực đầu vào (phát động). Do năng lượng được bảo toàn, tỷ số tương tự này cũng mô tả khoảng cách: bạn lợi bao nhiêu về lực thì phải thiệt bấy nhiêu về khoảng cách di chuyển. Một máy cơ có MA bằng 5 cho phép bạn nâng một tải trọng với lực bằng một phần năm, nhưng tay bạn phải di chuyển một khoảng cách dài gấp năm lần so với độ cao mà tải trọng được nâng lên.

Lợi thế Cơ học Lý tưởng so với Thực tế

Lợi thế cơ học lý tưởng (IMA) có được thuần túy từ hình học của máy cơ, giả định không có ma sát. Lợi thế cơ học thực tế (AMA) là những gì bạn thực sự nhận được khi đã tính đến ma sát, và nó luôn luôn thấp hơn. Hai giá trị này được liên kết với nhau bằng hiệu suất của máy cơ:

Công thức tính Lợi thế Cơ học theo từng loại Máy cơ

Bốn loại Máy cơ Đơn giản

Giải thích về các loại Đòn bẩy

• Đòn bẩy loại một: điểm tựa nằm giữa lực phát động và tải trọng (bập bênh, xà beng, hoặc kéo). MA có thể lớn hơn hoặc nhỏ hơn 1.
• Đòn bẩy loại hai: tải trọng nằm giữa điểm tựa và lực phát động (xe rùa hoặc kẹp tách hạt dẻ). MA luôn lớn hơn 1 — nó luôn nhân lực lên.
• Đòn bẩy loại ba: lực phát động nằm giữa điểm tựa và tải trọng (cẳng tay của bạn, chiếc nhíp, hoặc cần câu cá). MA luôn nhỏ hơn 1 — thay vào đó nó nhân tốc độ và phạm vi chuyển động lên.

Ví dụ Thực tế

Giả sử bạn sử dụng một chiếc xà beng làm đòn bẩy loại một với cánh tay đòn phát động dài 100 cm và cánh tay đòn tải dài 20 cm. Lợi thế cơ học lý tưởng là 100 ÷ 20 = 5, do đó một tải trọng 500 N chỉ cần một lực phát động 100 N trong trường hợp lý tưởng. Nếu chiếc xà beng đạt hiệu suất 90%, MA thực tế là 5 × 0.90 = 4.5, và lực phát động thực tế cần thiết là 500 ÷ 4.5 ≈ 111 N.

Cách sử dụng Máy tính này

1. Chọn một loại máy: Nhấp vào tab Đòn bẩy, Ròng rọc, Mặt phẳng nghiêng, hoặc Bánh răng.
2. Nhập kích thước của máy: Điền vào chiều dài các cánh tay bẩy, số nhánh dây, chiều dài và chiều cao mặt phẳng nghiêng, hoặc số răng bánh răng.
3. Thêm tải trọng và hiệu suất (tùy chọn): Nhập tải trọng bạn muốn di chuyển và hiệu suất của máy để tìm lực phát động thực tế.
4. Nhấp vào Tính toán: Xem lại lợi thế cơ học lý tưởng và thực tế, lực phát động, sự đánh đổi khoảng cách và sơ đồ hoạt họa.

Câu hỏi Thường gặp

Lợi thế cơ học là gì?

Lợi thế cơ học (MA) là mức độ mà một máy cơ đơn giản nhân lên lực đầu vào của bạn. Nó được định nghĩa là lực tải chia cho lực phát động, và cũng bằng khoảng cách lực phát động di chuyển chia cho khoảng cách tải di chuyển. Lợi thế cơ học bằng 4 có nghĩa là máy cho phép bạn nâng một tải trọng bằng cách chỉ sử dụng một phần tư lực.

Sự khác biệt giữa lợi thế cơ học lý tưởng và thực tế là gì?

Lợi thế cơ học lý tưởng (IMA) được tính từ hình học của máy với giả định không có ma sát. Lợi thế cơ học thực tế (AMA) có tính đến ma sát và luôn thấp hơn. Chúng được liên kết với nhau bằng hiệu suất: AMA = IMA × hiệu suất ÷ 100.

Làm thế nào để tính lợi thế cơ học của đòn bẩy?

Đối với đòn bẩy, lợi thế cơ học bằng chiều dài của cánh tay đòn phát động chia cho chiều dài của cánh tay đòn tải, cả hai đều được đo từ điểm tựa. Cánh tay đòn phát động dài hơn so với cánh tay đòn tải sẽ cho lợi thế cơ học lớn hơn.

Làm thế nào để tìm lợi thế cơ học của hệ thống ròng rọc?

Lợi thế cơ học lý tưởng của một hệ ròng rọc (pa-lăng) bằng số nhánh dây trực tiếp đỡ ròng rọc động và tải trọng của nó. Một hệ thống có bốn nhánh dây đỡ sẽ có lợi thế cơ học lý tưởng là bốn.

Lợi thế cơ học của một mặt phẳng nghiêng là gì?

Lợi thế cơ học của một mặt phẳng nghiêng bằng chiều dài dốc chia cho chiều cao thẳng đứng của nó. Điều này tương đương với 1 chia cho sin của góc nghiêng, vì vậy một mặt phẳng nghiêng dài hơn, thoải hơn sẽ mang lại lợi thế cơ học lớn hơn.

Lợi thế cơ học có thể nhỏ hơn 1 không?

Có. Khi lợi thế cơ học nhỏ hơn 1, máy sẽ nhân tốc độ và khoảng cách thay vì nhân lực. Đòn bẩy loại ba, chẳng hạn như cẳng tay của bạn hoặc một chiếc nhíp, và các hệ thống bánh răng tăng tốc hoạt động theo cách này, đánh đổi thêm lực phát động để có được phạm vi hoặc tốc độ chuyển động lớn hơn.

Tài nguyên Bổ sung

• Lợi thế Cơ học - Wikipedia
• Máy cơ Đơn giản - Wikipedia