حاسبة الميزة الميكانيكية

الميزة الميكانيكية (MA) هي مقدار مضاعفة الآلة للقوة. للحصول على رافعة مثالية، MA = طول ذراع الجهد ÷ طول ذراع الحمولة — نسبة المسافات من نقطة الارتكاز.

MA أكبر من 1 يعني أن هناك حاجة إلى قوة أقل لتحريك الحمل، لكن الحمل يتحرك لمسافة أقصر. تفقد الأنظمة الحقيقية كفاءتها بسبب الاحتكاك؛ هذا هو النموذج الفيزيائي المثالي.

مثال: ذراع جهد 3 م وذراع حمل 0.5 م يعطيان MA = 6 — تحتاج إلى سدس القوة، لكن يجب عليك تحريك نهاية الجهد ست مرات أبعد.

تتبع روافع الفئة الأولى (نقطة الارتكاز بين الجهد والحمل) وروافع الفئة الثانية (الحمل بين نقطة الارتكاز والجهد) نفس نسبة طول الذراع عند تجاهل الاحتكاك. عربات اليد والعتلات هي أمثلة يومية.

تضيف أنظمة البكرة متوسط ​​MA مثاليًا عن طريق حساب قطاعات الحبال الداعمة - الكتلة والمعالجة بأربعة خيوط داعمة تعطي متوسط ​​MA ≈ 4 مثاليًا، على الرغم من أن احتكاك الحبل يقلل من مكاسب العالم الحقيقي.

مثال عملي مع الإعدادات الافتراضية: ذراع جهد 3 م، ذراع تحميل 0.5 م → MA = 6. يحتاج رفع حمولة 600 نيوتن إلى حوالي 100 نيوتن من الجهد عند المقبض، لكن المقبض يتحرك أبعد بست مرات من ارتفاع الحمولة.

عربة اليد هي رافعة من الدرجة الثانية: يقع الحمل بين العجلة (نقطة الارتكاز) ويديك (الجهد). تعمل المقابض الأطول على زيادة ذراع الجهد دون تغيير ذراع التحميل كثيرًا - تنطبق نفس صيغة MA على الرغم من أن نقطة ارتكازها تقع على محور العجلة. تعمل مقابض عربة اليد على إطالة ذراع الجهد بينما تظل العجلة بالقرب من الحمولة - لا تزال هندسة الرافعة من الدرجة الثانية تتبع الجهد ÷ أطوال ذراع التحميل.

تقوم البكرات المركبة بضرب المتوسط ​​الحسابي المثالي بعدد قطع الحبل التي تدعم الحمل، لكن كل حزمة تضيف احتكاكًا. يفترض نموذج الرافعة 6:1 هنا أذرعًا صلبة؛ غالبًا ما توفر أنظمة الصد والتدخل الحقيقية 70-85٪ من الميزة الميكانيكية المثالية. غالبًا ما يترك احتكاك الكتلة والمعالجة ما بين 70 إلى 85% من MA المثالي - تتجاهل الروافع ذات الستة إلى واحد في الفصل الدراسي خسائر التحمل التي تسببها البكرات الحقيقية.

مع ذراع جهد 3 م وذراع تحميل 0.5 م، MA = 6 يعني أن رفع 300 نيوتن يحتاج إلى جهد يصل إلى 50 نيوتن. إذا كان الاحتكاك يستهلك 20 نيوتن، فإنك في الواقع تدفع 70 نيوتن - وهذا لا يزال أسهل من 300 نيوتن، ولكن ليس التخفيض المثالي بمقدار ستة أضعاف الذي تتوقعه الفيزياء في الفصول الدراسية. عند MA = 6، يحتاج حمل 600 نيوتن إلى جهد مثالي يصل إلى 100 نيوتن — يعني الاحتكاك 20 نيوتن أنك تشعر بـ 120 نيوتن، وهو ما يزال أقل بكثير من رفع 600 نيوتن مباشرة.