คันโยกในวิชาฟิสิกส์. สูตรกำหนดประสิทธิภาพของคันโยก ตัวอย่างงาน

2026 ผู้เขียน: Howard Calhoun | calhoun@techconfronts.com. แก้ไขล่าสุด: 2025-01-24 13:26:25

เครื่องจักรหรือกลไกใดๆ ที่มนุษย์สร้างขึ้น ออกแบบมาเพื่อทำงานที่มีประโยชน์บางอย่าง ต้องใช้พลังงานในการทำ ให้เราพิจารณาคำถามอัตราส่วนของงานที่ใช้ไปและมีประโยชน์ในตัวอย่างการกำหนดประสิทธิภาพของคันโยก

เกี่ยวกับคันโยก

คันโยกเป็นกลไกง่ายๆ ที่ทำหน้าที่เปลี่ยนแรงในขนาดและทิศทาง ประกอบด้วยคานและส่วนรองรับ โดยทั่วไปจะมีสองแขน แรงกระทำต่อแขนแต่ละข้าง แรงทั้งสองมีแนวโน้มที่จะพลิกไหล่ไปในทิศทางตรงกันข้าม ดังนั้นหนึ่งในนั้นมักจะทำงานตรงข้ามกัน

คันโยกช่วยให้คุณชนะระหว่างทางหรือกำลังในขณะที่จะมีการสูญเสียกำลังหรือระหว่างทางตามลำดับ สูตรคันโยกหลักที่อธิบายความสมดุลของไหล่ของเขาได้รับด้านล่าง:

F/R=d_R/d_F.

ที่นี่แรง F ทำงานกับน้ำหนักของโหลด R โดยกระทำบนไหล่ของความยาว d_F ภาระอยู่บนไหล่ที่มีความยาว d_{R สูตรนี้สะท้อนสัดส่วนผกผันระหว่างอัตราส่วนของแรงกับไหล่}

นัดต่อไป. เมื่อไหล่เริ่มขยับ ตัวหนึ่งสูงขึ้น h₁ ในขณะที่อีกตัวตกลงไปที่ความสูง h_{2 เนื่องจากมุมของการหมุนของไหล่จะเท่ากัน ดังนั้นหากไม่มีแรงอื่น สามารถเขียนสูตรข้างต้นใหม่ได้ดังนี้}

F/R=h₁/h_2.

ต่อไปจะใช้สูตรนี้กำหนดประสิทธิภาพของคันโยก

ประสิทธิภาพของกลไกง่ายๆ

จำได้ว่างานฟิสิกส์มีค่าเท่ากับผลคูณของแรงและเส้นทางที่มันกระทำ:

A=Fl.

ประสิทธิภาพของกลไกใด ๆ บ่งบอกถึงประสิทธิภาพในการทำงาน คุณสามารถคำนวณโดยใช้สูตรนี้:

ประสิทธิภาพ=A_p/A_z100%.

โดยที่ A_p เป็นงานที่มีประโยชน์ที่ทำโดยกลไก A_{z เป็นงานที่ต้องใช้จ่าย}

มนุษยชาติตลอดประวัติศาสตร์ได้พยายามสร้างกลไกที่ A_z=A_p แต่ยังไม่มีใครบรรลุความเท่าเทียมกันนี้สำเร็จ งานที่ใช้ไปมักจะมากกว่ามูลค่า A_p.

การใช้สูตรสำหรับคันโยกที่ได้รับในย่อหน้าก่อนหน้า เราสามารถเขียนสูตรสำหรับกำหนดประสิทธิภาพของคันโยกได้:

A_p=Rh₁; A_h=Fh_2;

ประสิทธิภาพ=A_p/A_z 100%=Rh₁ /(Fh_2)100%.

ถ้าเราคำนึงถึงนิพจน์ที่สอดคล้องกันสำหรับคันโยก ดูเหมือนว่าประสิทธิภาพของมันจะเท่ากับ 100% อย่างไรก็ตาม นี่ไม่ใช่กรณี เนื่องจากมีแรงเสียดทานในแกนเสมอการหมุนและแรงเสียดทานของอากาศ เป็นผลมาจากกระบวนการเหล่านี้ งานที่ใช้ไปบางส่วนในการให้ความร้อนกับสิ่งแวดล้อมและชิ้นส่วนของคันโยก ดังนั้นประสิทธิภาพของกลไกจึงน้อยกว่า 100% เสมอ

ปัญหาในการพิจารณาประสิทธิภาพ

สมมติว่าแรงที่ใช้กับคันโยก F=18 N นำไปสู่การยกของหนัก 3 กก. ให้สูง 0.3 เมตร โดยคำนึงถึงไหล่ของการใช้แรง F ลดลง 0.6 เมตร คำนวณประสิทธิภาพของคันโยก

คำนวณงานที่มีประโยชน์และใช้จ่าย:

A_p=Rh₁=mgh_{1=39.810.3=8.829 J;}

A_з=Fh_{2=180.6=10.8 J.}

อย่างที่คุณเห็น A_z > A_{p. ประสิทธิภาพคันโยกคือ:}

ประสิทธิภาพ=A_p/A_{z100%=8, 829/10, 8100%=81, 75%}

ประสิทธิภาพนี้สามารถเพิ่มขึ้นได้โดยการใช้สารหล่อลื่นกับแกนหมุนของคันโยก