Come calcolare una leva di terza classe in cui la forza di spinta o di trazione è su un angolo
Abbiamo precedentemente scritto le leve di terza classe in un altro articolo e creato un calcolatore online per loro (link sotto).
Articolo e calcolatore di leva di terza classe
Tuttavia, in questo articolo ti aiutiamo a capire cosa succede ai requisiti di forza quando si applica la forza di spinta o di trazione, viene posizionata su un angolo.
Quando viene applicata una forza ad angolo rispetto al braccio della leva in una leva di seconda classe, può essere divisa in due componenti: un componente perpendicolare e un componente parallelo rispetto al braccio della leva. Il componente perpendicolare della forza è responsabile della creazione della coppia che sposta il carico, mentre il componente parallelo spingerà il braccio della leva lateralmente.
Per calcolare la forza richiesta per spostare il carico in una leva di terza classe quando la forza viene applicata ad un angolo, la trigonometria viene utilizzata per determinare l'entità della componente perpendicolare della forza.
Come calcolare la forza richiesta?
Per calcolare la forza richiesta per una leva di terza classe quando la forza richiesta sta spingendo su un angolo, è possibile utilizzare la seguente formula:
F = (w1 * l1) / (l2 * sin (theta) + l1 * sin (phi))
Dove:
- F è la forza necessaria per spostare il carico, in Newtons
- W1 è il peso del carico, in Newtons
- L1 è la distanza dal fulcro alla forza, in metri
- L2 è la distanza dal fulcro al carico, in metri
- Theta è l'angolo tra il braccio della leva e la forza, in Radians
- Phi è l'angolo tra il braccio della leva e il carico, in Radians
La formula per il calcolo della forza richiesta per una leva di terza classe quando la forza richiesta sta spingendo su un angolo è simile alla formula per una leva di seconda classe, tranne per il fatto che viene aggiunto un termine aggiuntivo per tenere conto dell'angolo tra il braccio della leva e il carico.
E se anche la leva è su un angolo, in che modo ciò influisce sul calcolo?
Se la leva è anche su un angolo nel sistema a leva di terza classe, il calcolo per la forza necessaria per spostare il carico diventerà più complesso, in quanto coinvolgerà più angoli.
In generale, se il braccio della leva è anche su un angolo, la componente perpendicolare della forza applicata al braccio della leva sarà influenzata dall'angolo tra il braccio della leva e la forza, nonché l'angolo tra il braccio della leva e il carico .
Per calcolare la forza richiesta per spostare il carico in un sistema a leva di terza classe con sia la forza che il braccio della leva su un angolo, è possibile utilizzare la stessa formula:
F = (w1 * l1) / (l2 * sin (theta) + l1 * sin (phi))
Tuttavia, gli angoli Theta e Phi dovranno essere regolati per tenere conto dell'angolo del braccio della leva.
Se il braccio della leva in un sistema a leva di terza classe è ad un angolo di 45 gradi, Il calcolo per la forza necessaria per spostare il carico dipenderà dagli angoli tra il braccio della leva, la forza e il carico.
Supponendo che l'angolo tra la forza e il braccio della leva sia il theta e l'angolo tra il carico e il braccio della leva sia PHI, il calcolo per la forza necessaria per spostare il carico in un sistema a leva di terza classe con un braccio a leva su A L'angolo di 45 gradi può essere scritto come:
F = (w1 * l1) / (l2 * sin (theta + 45) + l1 * sin (phi - 45))
Qui, gli angoli Theta e Phi sono regolati aggiungendo o sottraendo 45 gradi per tenere conto dell'angolo di 45 gradi del braccio della leva.
Per calcolare la forza richiesta per spostare il carico, è necessario misurare o calcolare i valori per L1, L2, W1, Theta e Phi e collegarli alla formula per risolvere per F.
Si prega di notare che questo è solo un esempio e il calcolo specifico per una determinata situazione può variare a seconda degli angoli e delle misurazioni specifiche coinvolte nel sistema a leva.
Quale sarebbe un'applicazione tipica per una leva di terza classe in cui la forza di spinta è su un angolo?
Una tipica applicazione per una leva di terza classe in cui la forza di spinta è su un angolo è un braccio umano.
Nel braccio umano, l'articolazione del gomito funge da fulcro e il muscolo del bicipite si attacca all'osso dell'avambraccio (carico) e lo tira su per generare una forza di sollevamento. Tuttavia, il muscolo del bicipite si trova sul lato anteriore del braccio, mentre il carico si trova sul lato posteriore del braccio. Ciò significa che il muscolo del bicipite esercita una forza sul braccio ad angolo, che crea un sistema a leva di terza classe.
Quando il muscolo del bicipite si contrae, esercita una forza sull'osso dell'avambraccio ad angolo, facendo muoversi l'avambraccio verso l'alto. La componente perpendicolare della forza generata dal muscolo del bicipite fornisce la coppia che muove l'osso dell'avambraccio, mentre il componente parallelo della forza spinge semplicemente l'osso lateralmente.
Usando un sistema a leva di terza classe con la forza di spinta su un angolo, il braccio umano è in grado di spostare i carichi con più velocità e gamma di movimento, sebbene il compromesso sia che è necessaria una maggiore forza per sollevare lo stesso peso rispetto a un sistema a leva di seconda classe.
Quali sono i vantaggi per una leva di terza classe in cui la forza di spinta è su un angolo?
I vantaggi dell'utilizzo di una leva di terza classe in cui la forza di spinta è su un angolo includono:
- Aumento della gamma di movimento: utilizzando una leva di terza classe con la forza di spinta su un angolo, è possibile aumentare la gamma di movimento e la precisione del movimento. Questo perché il braccio della leva può essere posizionato a diversi angoli, il che consente un maggiore controllo sulla direzione della forza e sul movimento del carico.
- Velocità: la leva di terza classe con la forza di spinta su un angolo può consentire movimenti veloci del carico, che possono essere utili in situazioni in cui la velocità è importante. Questo perché la forza necessaria per spostare il carico può essere applicata con un movimento rapido e preciso del braccio della leva.
- Vantaggio meccanico: sebbene le leve di terza classe con la forza su un angolo richieda più forza per spostare un carico rispetto alle leve di seconda classe, possono comunque fornire un vantaggio meccanico. Il braccio a leva può essere posizionato a diverse angolazioni, il che può aiutare ad aumentare la coppia e semplificare spostare il carico con meno forza.
- Controllo migliorato: l'angolo della forza applicata in una leva di terza classe con la forza su un angolo consente di migliorare il controllo sul movimento del carico. Questo può essere utile in situazioni in cui il carico deve essere spostato attorno a ostacoli o in spazi ristretti.
Nel complesso, l'uso di una leva di terza classe con la forza su un angolo può fornire un aumento della gamma di movimento, velocità e precisione, fornendo comunque un vantaggio meccanico e un controllo migliorato sul movimento del carico.
