Enkle maskiner - Evina

evina.no

Enkle maskiner - Evina

LAILA LØSET

2007

L

Bulle

E

Per

Pål

1


Enkle maskiner er enkle

mekaniske innretninger som

brukes bl.a. som kraftforsterkere.

INNHOLD

Vektstenger…………....3

Skråplan……………...12

Trinser………………...18

Tannhjul………………21

Akselhjul………………26

Alle brede fargede

piler markerer krefter.

Lengden angir

størrelse og pilen

angir retning

Per

2


VEKTSTENGER

Vippe

Fedon

Vippa balanserer ikke når

Bulle bytter plass med Per.

Bulle

120 kg

Nå må du

slanke

deg, Bulle

Per

Per og Pål veier begge 80 kg.

Vippa er 4 m lang og aksen er

på midten. Vippa balanserer. Pål

Bulle

120 kg

Bulle

120 kg

Vippa vil også balansere hvis

Per setter seg på midten

Akse

Pål

Nå er vi like

tunge!!

1

1 3m

Sett deg

nærmere

aksen, Bulle

Per

Tull

Pål

Pål

3


Få vippa til å balansere!

Bulle

120 kg

?

kg

Bulle sitter 1,5 m fra aksen.

Hva veier loddet til Pål?

160

kg

Hvor langt fra aksen

må loddene

plasseres?

100

kg

Pål sitter midt på

stanga. Hvor tungt

må loddet være?

?

kg

Pål

Pål

Pål

Pål

4


Vektstang En meget enkel maskin som brukes mye til å tilpasse en del

arbeid og løft til menneskets muskelkraft

Kraftens arm

På figurene: L : last E: kraft A: dreieakse

L

100

kg

A

a b

Avstand fra aksen til kraftens angrepspunkt.

Loddet har arm a , Påls kraft har arm b

Prinsipp Kraft multiplisert med arm er likt på begge sider

Eksempel

Vektstangtyper

La = Eb

100 kg har en tyngde på 1000N. a = 1,5m og b = 2,5m

Vi bruker formelen over: 1000N1,5m = x2,5m x = 600N

Pål må bruke en kraft på 600N for å løfte loddet.

E

Pål

Hvis han flytter loddet nærmere aksen trenger han mindre kraft.

Last, kraft og akse kan arrangeres i forskjellig rekkefølge

på vektstanga. De tre typene vektstenger har forskjellig

bruksområder.

Type 1 Type 2 Type 3

L A E E L A L E

A

5


Type 1

Eksempel 1

Eksempel 2

L

A

Per

Per vil flytte bort en stor stein som ligger i hagen hans. Han bruker et

langt spett og legger en liten stein under. Aksen blir da på den lille

steinen, rød del av spettet er steinens arm, blå del er Pers arm. Hvis

den blå er 5 ganger så lang som den røde vil Per klare seg med en

kraft som er en femdel av steinens tyngde.

L

Åpne en malingsboks med et skrujern. Vi stikker skrujernet

innunder kanten på lokket. Lokket sitter fast og virker med

en kraft på skrujernet. Vi bender mot kanten av boksen som

dermed er aksen. Aksen og lasten er svært nær hverandre

slik at forskjellen på armlengde er veldig stor.

Selv om lokket sitter veldig hardt, kan vi derfor klare å få det

av med håndkraft.

A

E

E

6


Type 2 E

Eksempel 1

Eksempel 2

En trillebår er eksempel på type 2. Den kan lages på forskjellig

måte avhengig av hva de er beregnet på. Hvis den skal brukes til

tunge ting er det gunstig å ha lange drag.

A

L

L

E

A

Her har vi hånden

En flaskeåpner er en vektstang av type 2. Kapselen er tett festet til

flaska og yter stor motstandskraft mot flaskeåpneren. Aksen er der

hvor åpneren ligger an på kapselen. En flaskeåpner med langt

håndtak gjør det lettere å åpne flaska.

7


Type 3

Eksempel 1

Eksempel 2

Munkholm

Vektstang type 3 er ikke kraftforsterker, her må kraften

være større enn lasten. Poenget med type 3 kan være å få

en hensiktsmessig plassering av kraftens angrepspunkt og

den egner seg ikke til store krefter.

L

L

En fiskestang har en

viss lengde for å få

swung på kastingen. Det

kan være ganske tungt å

dra inn en fisk på noen

få kilo.

Armen din er en vektstang type 3.

For at muskelen skal kunne bøye

leddet, må muskelfestet sitter et

stykke foran.

Muskel

Muskelfeste

E

A

A

E

8


Dobbel vektstang

Eksempler

L

a b

A

En tang er et eksempel på en dobbel vektstang.

Figuren viser en tang som klipper over en ledning.

Hvis ledningen er tykk og hard å klippe over,

må du plassere ledningen så nær aksen som mulig

og gripe langt ut på håndtaket.

Mange typer verktøy er doble vektstenger.

Type 1: pølseklype

Type 2: nøtteknekker

Type 1: rørtang

E

Type 3: pinsett

9


Oppgaver

1

2

3

Marker på figurene L, E og A

Og skriv hvilke typer vektstenger de er.

Forklar hva du kan gjøre hvis

nøtta er spesielt hard.

Figuren viser to hagesakser. Den ene er til tykke grener og den andre er

en hekksaks. Forklar hvorfor de er laget slik de er .

Dette er en dampventil.

Forklar hvordan den virker og

hvordan den kan reguleres.

kg

damp

10


4

5

6

Anta at avstanden mellom

albuleddet og muskelfestet er 3 cm

og at underarmen din er 33 cm.

En full ølseidel veier 900g.

Beregn hvor stor kraft muskelen din

må bruke for å løfte glasset.

Munkholm

Per skal flytte en stor stein som veier 300kg. Hvor stor kraft må

han bruke hvis spettet hans er 3m langt og avstanden fra stein til

akse er 60 cm. Hvis dette blir for tungt, hva kan Per gjøre?

Pål har fylt opp trillebåra si med pukk av en tyngde 900kg.

Han har målt lengdene som er vist på figuren.

Regn ut hvilken kraft han må løfte med.

Pål

1,2m 60cm

Per

L

11


SKRÅPLAN

??

Per

Det er alt for tungt å løfte trillebåra

opp på muren.

Prinsipp kraft

=

høyde

last lengde

Arbeid

Kan brukes til å heve en ting som er for tung til å løftes rett opp.

Jo slakere skråplanet er jo tyngre ting kan man heve.

E

Arbeidet blir det samme: W = E l = L h

l

L

Det trengs mindre kraft til å dytte

trillebåra oppover et skråplan

E

=

h

L l

h

12


Kile En kile er et dobbelt skråplan. Brukes f eks når

man feller trær.

Verktøy

Tre

Flere typer verktøy har kileform f eks

øks og meisel. Disse fungerer som

maskiner når de er i bevegelse.

Bladet på en meisel er kileformet på tre

sider

Skrue En skrue er faktisk et skråplan

Vi tenker oss at vi vikler et skråplan

rundt en pinne.

Skruens funksjoner:

holde ting sammen eller

heve en last.

Slakt skråplan liten

avstand mellom gjengene

lettere å skru

Bratt skråplan stor

avstand mellom gjengene

tyngre å skru

13


Propell

Er fremdriftsdel på fartøyer. En propell driver vann eller luft

bakover og motkraften fra vann/luft gir fremdrift.

Stigning Den avstanden propellen teoretisk beveger seg pr omdreining.

En propell er egentlig en skrue og stigningen tilsvarer

gjengeavstanden. Propellen skrur seg inn i vann eller luft og har

dermed ikke samme effektivitet som en skrue som skrur seg inn i fast

stoff. En propell i vann kan ha opptil 60-70% effektivitet.

Propellen skyver

luft bakover

Propellens dreieretning

Mer luft på baksiden gir større

trykk på baksiden av propellen

slik at den skyves forover

Kraft som driver

bladene forover

En propell har fra to til ti blader montert radielt på drivakselen.

Bladene har en viss vinkel med radialplanet. Denne vinkelen er

forskjellig på forskjellige propeller og bestemmer propellens stigning.

14


Vifte

Sett fra siden

Fart

En vifte er i prinsippet laget som en propell. En viftes

funksjon er å flytte luft fra den ene siden av vifta til

den andre.

Luft

Bevegelsesretning

Luft

Luft

Luft

En propell får fart i motsatt retning av

luftstrømmen pga luftas motkraft på propellen.

En vifte blir hindret i å bevege seg av et stativ eller

en festemekanisme.

Luftstrøm

Motor

Vifteblad

15


Mikrometer

Måleemne

Millimeterskala

Skala for hundredels mm

Skrujekk Eksempel på skrue som brukes til å heve en last.

Gjengene sitter veldig tett slik at jekken fungerer som et

meget slakt skråplan. Det medfører at vi med vanlig

menneske kraft kan løfte en bil.

Skrue med

tette gjenger

h

Måleinstrument som brukes til nøyaktig målig av små lengder.

En runde på skruen gir en måling på en gjengeavstand.

Vanlige mikrometer gir en nøyaktighet på 0,01 mm.

Utført arbeid er: W = F h der F er den delen av bilens tyngde

som hviler på jekken. Du må sveive ganske mange ganger ,

men den kraften du må bruke er langt mindre enn F.

16


Oppgaver

1

2

3

Pål’s trillebår har en tyngde på 1000 N og skråplanet har lengden 5m

Hvor stor kraft må han skyve med?

Det viser seg at han bruker 400 N.

Hvorfor stemmer ikke din første beregning?

Du har muligens observert at rullestolramper er meget lange og ofte

har skarpe svinger. Veien blir lang for brukerne og rampene tar mer

plass.

Hadde det ikke vært mer gunstig å lage disse rampene kortere?

Du skal flytte et flygel som har tyngde 8000N.

Hvor stor kraft må du skyve med hvis du bruker et skråplan som vist

på figuren? Flygelet har heldigvis hjul.

10m

Det viser seg at du bare klarer å skyve med en kraft på 150 N.

Hvordan må skråplanet ditt se ut hvis du skal dytte flygelet opp på et

lasteplan som er 1,5 m høyt?

1,5m

1m

17


TRINSER OG TALJER

Trinse

Hjul med spor til reim eller snor.

Trinsesystemer brukes til tunge løft og til overføring

av rotasjonsbevegelse

Reimdrift To trinser forbundet med en reim.

Hvis det ene hjulet dreies vil det andre følge med.

Fart

Retning

Drivhjul Følgehjul

Hvis hjulene er like store vil de gå like fort,

Hvis de har forskjellig størrelse, vil det minste gå fortest.

Drivhjul Følgehjul

Reima kan orienteres slik at de får motsatt dreieretning.

18


Fast trinse

Talje

Eksempel

En fast trinse kan gi løftekraften en mer gunstig retning.

Løfteredskap bestående av to

eller flere trinser koblet sammen.

Figuren viser en talje som består av to trinser, en bevegelig og en fast.

Med et slikt system kan du løfte en last med en mindre kraft

enn med bare en trinse.

Bevegelig

trinse

L

Per

Fast trinse

Fast trinse

Jeg bruker

bare

halvparten så

stor kraft som

du, Per!

Regel Teoretisk er det slik at kraften vi må trekke med er lik lastens

tyngde dividert på antall tau som holder den oppe, i dette tilfellet 2 .

Vi må imidlertid regne med noe energitap slik at kraften blir noe

større.

Pål

L

19


Oppgaver

1

2

Pål

Beregn hvor stor kraft som trengs til å heve lasten på de to

figurene hvis vi ser bort i fra energitap.

500N

L

L

Pål

L

960N

Pål trekker alt han kan og kan da

prestere en kraft på 200 N.

Hvor mye kan han maksimalt

løfte med dette trinsesystemet?

Hvor mye tau tror du han må

trekke

inn for å løfte lasten 2 m?

Forklar hvordan du tenker.

Finnes det en regel her?

Per

20


TANNHJUL

Utveksling

Tannhjul er hjul med tagger

i kanten. Når to tannhjul

griper inn i hverandre, vil

det drivhjulets bevegelse

overføres til følgehjulet

16 tenner

32 tenner

Drivhjul Følgehjul

antall tenner på følgehjulet antall omdreininger på drivhjul

=

antall tenner på drivhjulet antall omdreininger på følgehjul

På figuren:

32

16

= 2

Eller 2:1

1

Drivhjulet har gått to ganger rundt når følgehjulet har gått en gang,

men følgehjulet gir dobbelt så stor dreiekraft.

Vi ser at drivhjul og følgehjul har motsatt dreieretning.

For å få samme dreieretning kan vi koble et ekstra hjul imellom.

21


Gire opp

Et stort drivhul kan få et lite følgehjul til å gå mange ganger

fortere rundt. Å øke omdreiningshastigheten kalles å gire

opp. Kraften på følgehjulet blir da mindre.

Gire ned Å gire ned er motsatt: vi senker omdreiningshastigheten men får større

kraft på følgehjulet. Da må vi ha lite drivhjul og stort følehjul.

Kjede To tannhjul kan forbindes med en kjede som på en sykkel.

De får da samme dreieretning.

Det store tannhjulet, drivhjulet, er festet til pedalene, følgehjulet er

festet til bakhjulet på sykkelen. Da kan bakhjulet gå flere ganger

rundt for hver gang vi trår.

22


Gir på sykkel Flere tannhjul med forskjellig antall tenner er festet til bakhjulet. Vi

skifter gir ved at kjedet forflyttes fra ett tannhjul til et annet. For å

få mange gir kan vi også ha flere tannhjul på drivhjulet.

Retningsendring

Rotasjonsakse

drivhjul

På figuren har vi 4 tannhjul med hhv 32, 24, 16 og 8 tenner. Drivhjulet

har 8 tenner. Vi har da mulighet for utveksling 4, 3, 2, og 1

Figuren viser tre typer tannhjul som brukes til å endre

rotasjonsretningen med 90

Rotasjonsakse

følgehjul

Rotasjonsakse

følgehjul siden

Konisk drev Snekkedrev

Rotasjonsakse

drivhjul

23


Tannhjulsett Flere tannhjul settes sammen

Drivhjul

Figuren viser et eksempel hvor 4 tannhjul er koblet

sammen.

12 tenner

For det neste paret er

utvekslingen

48

12

75

15

Total utveksling for hele tannhjulsettet er produktet av disse

4 5 = 20

48 tenner

15 tenner

75 tenner

Utvekslingen på første sett tannhjul er

Det betyr at drivhulet må gå 20 ganger rundt for at følgehulet skal gå en

runde. Rotasjonskraften på følgehjulet er da 20 ganger så stor som på

drivhjulet

=

=

5

Følgehjul

4

24


Oppgaver

1

2

3

4

Drivhjul

Beregn utvekslingen på disse tannhjulsettene og

merk av hvilken retning følgehjulet dreier..

48 tenner

Drivhjul

16 tenner

Følgehjul

84 tenner

60 tenner

16 tenner

12 tenner 30 tenner

Drivhjul

12 tenner

Følgehjul

Figuren viser et verktøy. Hva brukes det til? Forklar

hvordan det fungerer. Beregn utvekslingen hvis det

store hjulet har 72 tenner og det lille 12.

Følgehjul

En hjulvisp har 8 tenner på de små hjulene som er festet til vispene.

Hvilken utveksling har vi hvis det store hjulet har 56 tenner?

Hvor mye fortere går vispene enn det store hjulet? Hvor fort tror du at

du kan dreie sveiva (antall runder pr. sek) Hvor fort går vispene da?

Vi har en sykkel hvor to tannhjul er festet til pedalene og 5 tannhjul

på bakhjulet. Hvor mange gir er det på denne sykkelen? Hvilken

kombinasjon av tannhjul gir lavest gir? Hvilken gir høyest?

25


AKSELHJUL

Regel

Effekt

Fungerer som to trinser med forskjellig diameter festet til

samme aksel.

Kraftens tau er viklet rundt den største ”trinsa”, lasten rundt

den minste i motsatt retning.

R r

Pål

E

E R = L r

E har utført arbeidet

W = 50N2m = 100J

2m

L

50N

E

L

=

r

R

90N

E L

Sett fra siden ligner dette på en

vektstang. Kraftens arm er R og

lastens arm er r.

10 J har blitt brukt til å

trekke akselhjulet rundt

Utført arbeid på L:

W = 90N1m = 90J

1m

26


Skrujern

Vinsj

Fungerer etter akselhjulprinsippet. Hvis håndtaket har 10 ganger

så stor radius som jernet får vi 10 ganger kraftforsterkning.

Forskjellige skrujern til forskjellig bruk.

Noen skrujern har spesielt tykt håndtak

til tunge skrujobber.

Det store hjulet kan erstattes av en sveiv som altså

beskriver en sirkulær bane. Denne driver en aksel med tau

eller vaier som kan heve eller senke en last.

L

E

Per

27


Oppgaver

1

2

E

Disse figurene viser forskjellige akselhjulmaskiner med samme last.

Hvilke av maskinene vil løfte lasten når kraften trekker nedover?

Hvilken maskin bruker minst kraft?

E

E

L L L

L

L

Vurder hver enkelt av tegningene under og avgjør om de

fungerer som et akselhjul. Forklar.

E

E

28

More magazines by this user
Similar magazines