Comment calculer un levier de 3e classe où la force de poussée ou de traction est sur un angle
Nous avons déjà écrit sur les leviers de 3e classe dans un autre article et avons créé une calculatrice en ligne pour eux (lien ci-dessous).
Article et calculatrice du levier de la 3e classe
Cependant, dans cet article, nous vous aidons à comprendre ce qui arrive aux exigences de force lorsque la force de poussée ou de traction appliquée est placée sur un angle.
Lorsqu'une force est appliquée à un angle au bras de levier dans un levier de deuxième classe, il peut être divisé en deux composants: une composante perpendiculaire et un composant parallèle par rapport au bras de levier. La composante perpendiculaire de la force est responsable de la création du couple qui déplace la charge, tandis que le composant parallèle pousse le bras de levier latéralement.
Pour calculer la force requise pour déplacer la charge dans un levier de troisième classe lorsque la force est appliquée à un angle, la trigonométrie est utilisée pour déterminer l'ampleur de la composante perpendiculaire de la force.
Comment calculer la force requise?
Pour calculer la force requise pour un levier de troisième classe lorsque la force requise pousse sur un angle, vous pouvez utiliser la formule suivante:
F = (w1 * l1) / (l2 * sin (theta) + l1 * sin (phi))
où:
- F est la force requise pour déplacer la charge, dans les Newtons
- W1 est le poids de la charge, dans les Newtons
- L1 est la distance entre le point d'appui à la force, en mètres
- L2 est la distance entre le pivot et la charge, en mètres
- Le thêta est l'angle entre le bras de levier et la force, en radians
- Phi est l'angle entre le bras de levier et la charge, en radians
La formule de calcul de la force requise pour un levier de troisième classe lorsque la force requise pousse sur un angle est similaire à la formule pour un levier de deuxième classe, sauf qu'un terme supplémentaire est ajouté pour tenir compte de l'angle entre le bras de levier et la charge.
Et si le levier est également sur un angle, comment cela affecte-t-il le calcul?
Si le levier est également sur un angle dans le système de levier de troisième classe, le calcul de la force requis pour déplacer la charge deviendra plus complexe, car il impliquera plusieurs angles.
En général, si le bras de levier est également sur un angle, la composante perpendiculaire de la force appliquée au bras de levier sera affectée par l'angle entre le bras de levier et la force, ainsi que l'angle entre le bras de levier et la charge .
Pour calculer la force requise pour déplacer la charge dans un système de levier de troisième classe avec la force et le bras de levier sur un angle, la même formule peut être utilisée:
F = (w1 * l1) / (l2 * sin (theta) + l1 * sin (phi))
Cependant, les angles thêta et phi devront être ajustés pour tenir compte de l'angle du bras de levier.
Si le bras de levier dans un système de levier de troisième classe est à un angle de 45 degrés, le calcul de la force requis pour déplacer la charge dépendra des angles entre le bras de levier, la force et la charge.
En supposant que l'angle entre la force et le bras de levier est thêta, et l'angle entre la charge et le bras de levier est PHI, le calcul de la force requise pour déplacer la charge dans un système de levier de troisième classe avec un bras de levier à un L'angle de 45 degrés peut être écrit comme:
F = (w1 * l1) / (l2 * sin (theta + 45) + l1 * sin (phi - 45))
Ici, les angles thêta et phi sont ajustés en ajoutant ou en soustrayant 45 degrés pour tenir compte de l'angle à 45 degrés du bras de levier.
Pour calculer la force requise pour déplacer la charge, vous devrez mesurer ou calculer les valeurs pour L1, L2, W1, Theta et PHI, et les brancher sur la formule pour résoudre F.
Veuillez noter qu'il s'agit d'un exemple, et le calcul spécifique pour une situation donnée peut varier en fonction des angles et des mesures spécifiques impliqués dans le système de levier.
Quelle serait une application typique pour un levier de 3e classe où la force de poussée est sur un angle?
Une application typique pour un levier de troisième classe où la force de poussée est sur un angle est un bras humain.
Dans le bras humain, l'articulation du coude agit comme le point d'appui, et le muscle biceps se fixe à l'os de l'avant-bras (charge) et le tire dessus pour générer une force de levage. Cependant, le muscle biceps est situé sur la face avant du bras, tandis que la charge est située à l'arrière du bras. Cela signifie que le muscle biceps exerce une force sur le bras à un angle, ce qui crée un système de levier de troisième classe.
Lorsque le muscle du biceps se contracte, il exerce une force sur l'os de l'avant-bras à un angle, ce qui fait que l'avant-bras se déplace vers le haut. La composante perpendiculaire de la force générée par le muscle biceps fournit le couple qui déplace l'os de l'avant-bras, tandis que la composante parallèle de la force pousse simplement l'os latéralement.
En utilisant un système de levier de troisième classe avec la force de poussée sur un angle, le bras humain est capable de déplacer des charges avec plus de vitesse et d'amplitude de mouvement, bien que le compromis soit que plus de force est nécessaire pour soulever le même poids par rapport à un système de levier de deuxième classe.
Quels sont les avantages d'un levier de 3e classe où la force de poussée est sur un angle?
Les avantages de l'utilisation d'un levier de troisième classe où la force de poussée est sur un angle comprend:
- Échelle de mouvement: en utilisant un levier de troisième classe avec la force de poussée sur un angle, il est possible d'augmenter l'amplitude de mouvement et la précision du mouvement. En effet, le bras de levier peut être positionné à différents angles, ce qui permet un contrôle davantage sur la direction de la force et le mouvement de la charge.
- Vitesse: Le levier de troisième classe avec la force de poussée sur un angle peut permettre des mouvements rapides de la charge, ce qui peut être bénéfique dans les situations où la vitesse est importante. En effet, la force requise pour déplacer la charge peut être appliquée avec un mouvement rapide et précis du bras de levier.
- Avantage mécanique: Bien que les leviers de troisième classe avec la force sur un angle nécessitent plus de force pour déplacer une charge par rapport aux leviers de deuxième classe, ils peuvent toujours fournir un avantage mécanique. Le bras de levier peut être positionné à différents angles, ce qui peut aider à augmenter le couple et à faciliter le déplacement de la charge avec moins de force.
- Contrôle amélioré: L'angle de la force appliquée dans un levier de troisième classe avec la force sur un angle permet un contrôle amélioré sur le mouvement de la charge. Cela peut être utile dans les situations où la charge doit être déplacée autour des obstacles ou dans des espaces restreints.
Dans l'ensemble, l'utilisation d'un levier de troisième classe avec la force sur un angle peut fournir une plage de mouvement, une vitesse et une précision accrues, tout en fournissant un avantage mécanique et un contrôle amélioré sur le mouvement de la charge.
