Клин - Wedge

Клин для колки дерева

Клин представляет собой треугольный инструмент формы, и представляет собой портативная наклонная плоскость , и один из шести простых машин . Его можно использовать для разделения двух объектов или частей объекта, поднятия объекта или удержания объекта на месте. Он работает, преобразуя силу, приложенную к его тупому концу, в силы, перпендикулярные ( нормальные ) к его наклонным поверхностям. Механическое преимущество клина определяется отношением длины его наклона к его ширине. Хотя короткий клин с широким углом может работать быстрее, он требует большего усилия, чем длинный клин с узким углом.

Сила прилагается к плоской широкой поверхности. Эта энергия переносится на острый, острый конец клина, следовательно, переносится сила.

Клин просто переносит энергию и собирает ее до острого конца, в результате чего ломается предмет. Таким образом, на тонкий участок оказывается сильное давление.

История

Кремневый ручной топор найден в Винчестере

Клинья существуют тысячи лет. Сначала они были сделаны из простого камня. Возможно , первый пример клина является рубило (смотри также biface и Olorgesailie ), который сделан зазубрин камень, как правило , кремень , чтобы сформировать край, двусторонний или клин. Клин - это простой станок, который преобразует поперечное усилие и движение инструмента в поперечное усилие раскалывания и движение заготовки. Доступная мощность ограничена усилием человека, использующего инструмент, но поскольку мощность является продуктом силы и движения, клин усиливает силу за счет уменьшения движения. Это усиление, или механическое преимущество, представляет собой отношение входной скорости к выходной скорости. Для клина это определяется как 1 / tanα, где α - угол при вершине. Грани клина моделируются как прямые линии для образования скользящего или призматического соединения .

Происхождение клина неизвестно. В древнеегипетских карьерах , бронзовые клинья были использованы отрываться каменных блоков , используемых в строительстве. Также использовались деревянные клинья, которые разбухали после насыщения водой. Некоторые коренные народы Америки использовали клинья из оленьих рогов для раскалывания и обработки древесины для изготовления каноэ , жилищ и других предметов.

Использование клина

Клинья используются для подъема тяжелых предметов, отделяя их от поверхности, на которой они опираются.

Рассмотрим блок, который нужно поднять с помощью клина. Когда клин скользит под блоком, блок скользит вверх по наклонной стороне клина. Это поднимает вес блока F _B. Горизонтальная сила F необходимо поднять блок получается при рассмотрении скорости клина об _А и скорости блока об _B . Если предположить, что клин не рассеивает и не накапливает энергию, то мощность, подаваемая в клин, равна мощности на выходе.

или же

${\ displaystyle {\ frac {F _ {\ mathrm {B}}} {F _ {\ mathrm {A}}}} = {\ frac {v _ {\ mathrm {A}}} {v _ {\ mathrm {B}} }}.}$

Скорость блока связана со скоростью клина наклоном стороны клина. Если угол клина равен α, то

${\ Displaystyle v _ {\ mathrm {B}} = v _ {\ mathrm {A}} \ tan \ alpha, \!}$

это означает, что механическое преимущество

${\ displaystyle MA = {\ frac {F _ {\ mathrm {B}}} {F _ {\ mathrm {A}}}} = {\ frac {1} {\ tan \ alpha}}.}$

Таким образом, чем меньше угол α, тем больше отношение подъемной силы к силе, приложенной к клину. Это механическое преимущество клина. Эта формула механического преимущества применима к режущим кромкам и операциям раскалывания, а также к подъему.

Их также можно использовать для разделения предметов, например, блоков тесаного камня. Колющие молотки и колющие клинья используются для раскалывания древесины вдоль волокон . Узкий клин с относительно длинным конусом, используемый для точной регулировки расстояния между объектами, называется прокладкой и обычно используется в плотницких работах.

Кончики вилок и гвоздей также являются клиньями, поскольку они расщепляют и отделяют материал, в который их толкают или забивают; валы могут тогда удерживаться из-за трения.

Лезвия и клинья

Лезвие представляет собой соединение , наклонная плоскость, состоящее из двух наклонных плоскостей , расположенных таким образом , что плоскости встречаются на одном крае. Когда край, где встречаются две плоскости, вдавливается в твердое или жидкое вещество, он преодолевает сопротивление материалов разделению, передавая силу, действующую на материал, на две противоположные силы, перпендикулярные поверхностям лезвия.

Первое известное использование этого лезвия людьми - это острый край кремневого камня, который использовался для раскалывания или раскалывания тканей животных, например, для резки мяса. Использование железа или других металлов привело к разработке ножей для такого рода задач. Лезвие ножа позволяло людям разрезать мясо, волокна и другие растительные и животные материалы с гораздо меньшей силой, чем потребовалось бы, чтобы разорвать их, просто потянув руками. Другими примерами являются плуги , которые разделяют частицы почвы, ножницы, разделяющие ткань, топоры, разделяющие древесные волокна, а также долота и рубанки, разделяющие древесину.

Клинья, пилы и долота могут разделять толстые и твердые материалы, такие как дерево, твердый камень и твердые металлы, и они делают это с гораздо меньшими усилиями, расходами материала и с большей точностью, чем дробление , которое представляет собой приложение той же силы. на большей площади разделяемого материала.

Другие примеры клиньев можно найти в сверлах , которые производят круглые отверстия в твердых телах. Две кромки сверла заостряются под противоположными углами, образуя острие, и этот край наматывается на вал сверла. Когда сверло вращается вокруг своей оси вращения, клинья вдавливаются в разделяемый материал. Результирующий разрез в материале происходит в направлении вращения сверла, а спиральная форма долота позволяет удалять разрезанный материал.

Примеры более быстрого удержания предметов

Клинья также могут использоваться для удержания предметов на месте, таких как детали двигателя ( тарельчатые клапаны ), детали велосипеда ( штоки и эксцентриковые каретки ) и двери . Дверной упор клиновидного типа (дверной клин) функционирует в основном из-за трения, возникающего между нижней частью двери и клином, а также клином и полом (или другой поверхностью).

Механическое преимущество

Поперечное сечение раскалывающего клина при вертикальной ориентации его длины. Сила, направленная вниз, создает силы, перпендикулярные его наклонным поверхностям.

Механическое преимущество или МА клина можно рассчитать, разделив высоту клина на ширину клина:

${\ displaystyle {\ rm {MA = {Длина \ по ширине}}}}$

Чем более острый или узкий угол клина, тем больше отношение длины его наклона к его ширине и, следовательно, тем большее механическое преимущество он дает.

Клин заедает, когда угол включения клина меньше арктангенса коэффициента трения между клином и материалом. Следовательно, в эластичном материале, таком как дерево, трение может сжимать узкий клин легче, чем широкий. Вот почему наконечник колющей булавы имеет гораздо больший угол, чем у топора.

Смотрите также

• Топор
• Лезвие
• Противооткатный упор для колес
• Froe
• Нож
• Дровокол
• Гвоздь (застежка)
• Подключи и перо
• Канцелярская кнопка
• Quoin (печать)
• Колка и клинья
• Скальпель
• Ножницы
• Колесо и ось
• Серп

Рекомендации