En un deuce, deje que la máquina gane la primera volea.
.
.
.
- ¿Qué habilidades y equipo necesito para aprender a hacer un gran motor monocilíndrico?
- ¿Sería una buena idea dominar la ingeniería mecánica y la especialización en finanzas?
- Si una partícula comienza desde el reposo con potencia constante, ¿es proporcional a t la razón de su velocidad y posición?
- ¿Qué significa eficiencia politrópica en el caso de un compresor?
- ¿Cuál es el criterio para trabajar en Indigo Airlines como ingeniero aeronáutico después de un B.Tech en ingeniería mecánica?
Ok, no, en serio, una máquina por definición es un instrumento que aprovecha la ventaja mecánica. En realidad, solo hay dos tipos (aunque muchas fuentes dicen tres solo porque no tratan una cuña como el caso especial de un plano inclinado ) . Durante el renacimiento, en realidad describieron las seis máquinas simples como:
- Palanca
- Rueda y eje
- Plano inclinado
- Tornillo
- Polea
- Cuña
Estos se han reducido como:
- Un tornillo es simplemente un plano inclinado girado alrededor de un eje central
- Una rueda y un eje son simplemente una palanca girada 360 grados alrededor de un pivote final
- Una polea es simplemente una rueda que puede contener o no dos planos inclinados en la circunferencia para contener una cuerda (o … si es una cadena se convierte en una rueda dentada o si es otra polea se convierte en un engranaje como lo hace con dos ruedas)
- Una cuña es simplemente dos o más planos inclinados que actúan en ángulos complementarios en la misma dirección de fuerza.
Entonces tenemos la palanca y el plano inclinado (o rampa si creciste saltando en motos de cross en tu juventud).
Ambos hacen una cosa muy simple: cambian la dirección de una fuerza.
Sin embargo, debido a que la energía se conserva, tienen un impacto muy intrigante en el trabajo.
Ver, el trabajo (aproximadamente) es la cantidad de energía requerida para aplicar una fuerza sobre cierta distancia y se calcula (en su forma más simple) como el producto de esas dos cantidades.
Entonces, si suministra 10 libras de fuerza para empujar una caja a través del piso 8 pies, acaba de hacer 10 x 8 = 80 libras pie (o libras pie) de trabajo.
Pero esto significa que puede ejecutar la misma cantidad de trabajo suministrando solo 1 libra sobre 80 pies u 80 libras sobre un pie o alguna otra combinación que le permita llegar a 80 utilizando su fuerza y distancia.
Tome una palanca, por ejemplo. Le permite multiplicar su fuerza aplicándola en una distancia más larga. Entonces, si desea levantar una roca con un peso (fuerza gravitacional) de 50 libras hasta 10 pulgadas (500 libras de trabajo), puede hacerlo directamente o puede configurar una palanca y tirar de la palanca 100 pulgadas con una fuerza si solo 5 libras (que es una fuerza más fácil de aplicar).
En la situación anterior, diríamos que la proporción de fuerzas que proporcionó la palanca fue de 50/5 = 10.
Esta relación se conoce como la ventaja mecánica de la máquina (la palanca).
En una rampa, esta distancia es la relación de la hipotenusa del triángulo formado con la altura levantada y la distancia recorrida. Entonces, es solo la hipotenusa dividida por la altura o 1 / sin (ángulo de inclinación) o la cosecante de la inclinación.
Ahora, todo esto ignora el impacto de la fricción, la flexión, la histéresis, el calor, los gremlins, etc. Para las máquinas reales, el trabajo que realiza siempre es menor que el trabajo que realizó (vea, su entrenador de entrenamiento estaba equivocado … no solo saque lo que le pone … obtendrá menos ) y la proporción es lo que se conoce como eficiencia (trabajo / trabajo). Entonces, para máquinas reales, la ventaja mecánica es la eficiencia multiplicada por la relación de distancias. Entonces:
MA = distancia más larga x eficiencia de la máquina / distancia más corta.
Ahora, también puede fabricar máquinas compuestas que están hechas de muchos dispositivos de rampa y dispositivos de palanca, pero al final del día, todavía está aplicando algo de fuerza en la máquina a cierta distancia y esa máquina está suministrando una fuerza mayor sobre un distancia más corta y los descuentos de eficiencia que fuerza suministrada por la máquina.
Tenga en cuenta que también puede hacer esto a la inversa, a veces desea menos fuerza en una distancia mayor. Sin embargo, se aplican las mismas reglas y el MA sigue siendo el gran número dividido por el pequeño número.
Por lo tanto, una máquina puede multiplicar una fuerza o distancia de una entrada intercambiando la otra cantidad en la salida (descontada por eficiencia). ¿Quiere levantar 1,000,000 de libras con solo tener que aplicar una libra de empuje? Bien, prepárate para hacerlo a una distancia de más de (debido a la eficiencia) un millón de veces la altura que deseas levantar.
Ahora , las fuerzas actúan en una dirección y la distancia está en la misma dirección. Pero también puede aplicar una fuerza para rotar algo usando el apalancamiento. La fuerza siempre está actuando perpendicular al círculo de rotación. Entonces, si está girando algo en el sentido de las agujas del reloj, entonces la fuerza apunta hacia la derecha cuando se aplica a la parte superior, hacia abajo cuando se aplica al lado derecho del círculo y continúa.
Cuando multiplica esta fuerza por la distancia al centro de la rotación, obtiene un par. Multiplique ese par por el ángulo (en radianes) de rotación, y obtendrá el trabajo.
Vale la pena señalar aquí que hay algo conocido como poder que no es lo que los políticos obtienen de su profesión para obtener más … es solo la cantidad de energía creada, transferida, transformada o consumida en un período de tiempo determinado. Aplica 10 N de fuerza sobre 6 metros y has gastado 60 julios de energía. Si le lleva treinta segundos hacerlo, ha gastado 60 julios durante 30 segundos … o, durante ese tiempo, su potencia de salida fue de 60/30 = 2 julios por segundo o 2 vatios.
La energía es forzar y distanciar como el poder es forzar y la velocidad en línea recta.
De manera similar, la energía es para aplicar torque y ángulo, como la potencia es para aplicar torque y velocidad de rotación (o “qué tan rápido está girando” … piense en “RPM”).
Porque hoy en día la mayoría de las máquinas tienen piezas giratorias (¡ocupan menos espacio, duh!), Cuando la mayoría de las personas hoy en día hablan de la ventaja mecánica de la que hablan:
- Una máquina real (no perfectamente eficiente)
- Par y velocidad de rotación como entradas y salidas
Entonces, si su máquina está multiplicando el torque, entonces:
MA = eficiencia x (par de salida / par de entrada)
Si está multiplicando la velocidad de rotación, entonces:
MA = eficiencia x (velocidad de salida / velocidad de entrada)
Entonces, ¿cómo se aumenta la MA?
- En las máquinas más simples y en los términos más abstractos, haga que la rampa sea menos empinada o que la palanca sea más larga y, por lo tanto, en ambos casos AUMENTE LA DISTANCIA DE ENTRADA REQUERIDA.
- En el sentido más moderno de las máquinas rotatonales reales,
- Aumente la eficiencia mejorando la lubricación, reduciendo el desgaste a través de tolerancias más estrictas, use materiales menos flexibles, reduciendo el número de etapas (número de “máquinas simples” internas), reduciendo la velocidad general si ha minimizado el número de etapas al aumentar la relación en cada etapa), aumentando la eficiencia del dispositivo de entrada o salida (por ejemplo, un motor eléctrico y cojinetes como entrada y cojinetes y acoplamiento en la salida), aumentando el enfriamiento (manteniendo así tolerancias más estrictas y reduciendo el desgaste).
- Si la máquina es un reductor de velocidad (multiplicador de par), aumente su velocidad de entrada y modifique su transmisión para lograr la misma velocidad de salida.
- Si su máquina es un convertidor de par (técnicamente, todos lo son … pero aquí estoy hablando de uno diseñado para reducir el par y aumentar la velocidad), luego disminuya la velocidad de entrada y / o el par de entrada disponible y cambie las proporciones de etapa de manejo en consecuencia).
La mayoría de las personas no solo hablan de aumentar la MA en estos días. O bien hablan de aumentar la eficiencia. o cambiar las especificaciones en sus entradas y salidas de una máquina. Sin embargo, si está hablando de cambiar las salidas, es esencialmente imposible cambiar su MA sin cambiar el diseño de la máquina. Teóricamente, si se trata de una máquina compleja de alta velocidad de varias etapas (vi esto en los molinos Sendzimir hace años en la producción de acero inoxidable), en realidad puede reducir un poco la velocidad de entrada y observar cómo aumenta la velocidad de salida a medida que la fricción y la fricción en la máquina caen y continúan para reducirlo hasta que regrese a la velocidad de salida de su diseño, pero ahora a una mayor MA y eficiencia. Esto se debió a las múltiples no linealidades del diseño del molino Z y al hecho de que en realidad no se estaba operando en el punto operativo correcto sino en un punto operativo funcional “estable” más alto, pero uno que era menos eficiente.
Lo cual me lleva a mi último punto. En general, la MA y la eficiencia están inversamente relacionadas … al igual que la MA y el costo, los requisitos de mantenimiento y el VPN y el período del ciclo de vida. Uno de los logros más sorprendentes de la ingeniería mecánica ha sido la reducción constante e ininterrumpida de esta prima de costos a medida que la innovación avanza … demostrando así que no importa cuán impresionantes sean los esfuerzos de quienes nos precedieron, la humanidad siempre puede encontrar formas de afilar la hoja …
… que, por cierto, es técnicamente un plano inclinado.