Cách tính đòn bẩy hạng 3 khi lực đẩy hoặc lực kéo nằm trên một góc
Trước đây chúng tôi đã viết về đòn bẩy hạng 3 trong một bài viết khác và đã tạo một công cụ tính toán trực tuyến cho chúng (Liên kết bên dưới).
Bài viết và Máy tính đòn bẩy hạng 3
Tuy nhiên, trong bài viết này, chúng tôi sẽ giúp bạn hiểu điều gì sẽ xảy ra với các yêu cầu về lực khi lực đẩy hoặc lực kéo tác dụng lên một góc.
Khi một lực tác dụng một góc lên tay đòn trong đòn bẩy loại hai, nó có thể được chia thành hai thành phần: thành phần vuông góc và thành phần song song so với tay đòn. Thành phần vuông góc của lực có nhiệm vụ tạo ra mômen làm tải trọng di chuyển, còn thành phần song song sẽ đẩy tay đòn sang một bên.
Để tính lực cần thiết để di chuyển tải trong đòn bẩy hạng ba khi lực tác dụng theo một góc, phép đo lượng giác được sử dụng để xác định độ lớn của thành phần vuông góc của lực.
Làm thế nào để tính toán lực cần thiết?
Để tính lực cần thiết cho đòn bẩy hạng ba khi lực cần thiết tác dụng lên một góc, bạn có thể sử dụng công thức sau:
F = (w1 * L1) / (L2 * sin(theta) + L1 * sin(phi))
Ở đâu:
- F là lực cần thiết để di chuyển tải, tính bằng newton
- w1 là trọng lượng của tải, tính bằng newton
- L1 là khoảng cách từ điểm tựa đến lực, tính bằng mét
- L2 là khoảng cách từ điểm tựa đến tải, tính bằng mét
- theta là góc giữa cánh tay đòn và lực, tính bằng radian
- phi là góc giữa tay đòn và tải trọng, tính bằng radian
Công thức tính lực cần thiết cho đòn bẩy hạng ba khi lực cần thiết tác dụng lên một góc cũng tương tự như công thức cho đòn bẩy hạng hai, ngoại trừ việc bổ sung thêm một thuật ngữ để tính góc giữa cánh tay đòn và tải trọng.
Nếu đòn bẩy cũng nằm nghiêng thì điều này ảnh hưởng thế nào đến việc tính toán?
Nếu đòn bẩy cũng nằm trên một góc trong hệ đòn bẩy hạng ba thì việc tính toán lực cần thiết để di chuyển tải sẽ trở nên phức tạp hơn vì nó sẽ liên quan đến nhiều góc.
Nói chung, nếu tay đòn cũng nằm nghiêng thì thành phần vuông góc của lực tác dụng lên tay đòn sẽ bị ảnh hưởng bởi góc giữa tay đòn và lực, cũng như góc giữa tay đòn và tải trọng. .
Để tính lực cần thiết để di chuyển tải trọng trong hệ đòn bẩy hạng ba với cả lực và tay đòn cùng một góc, có thể sử dụng cùng một công thức:
F = (w1 * L1) / (L2 * sin(theta) + L1 * sin(phi))
Tuy nhiên, góc theta và phi sẽ cần phải được điều chỉnh để phù hợp với góc của tay đòn.
Nếu tay đòn trong hệ thống đòn bẩy hạng ba ở góc 45 độ, việc tính toán lực cần thiết để di chuyển tải trọng sẽ phụ thuộc vào góc giữa tay đòn, lực và tải trọng.
Giả sử góc giữa lực và cánh tay đòn là theta, và góc giữa tải trọng và cánh tay đòn là phi, việc tính lực cần thiết để di chuyển tải trọng trong hệ đòn bẩy hạng ba với cánh tay đòn ở một Góc 45 độ có thể được viết là:
F = (w1 * L1) / (L2 * sin(theta + 45) + L1 * sin(phi - 45))
Ở đây, góc theta và phi được điều chỉnh bằng cách cộng hoặc trừ 45 độ để tạo thành góc 45 độ của tay đòn.
Để tính lực cần thiết để di chuyển tải, bạn cần đo hoặc tính các giá trị của L1, L2, w1, theta và phi, rồi thay chúng vào công thức để tìm F.
Xin lưu ý rằng đây chỉ là một ví dụ và phép tính cụ thể cho một tình huống nhất định có thể khác nhau tùy thuộc vào các góc và phép đo cụ thể liên quan đến hệ thống đòn bẩy.
Ứng dụng điển hình của đòn bẩy cấp 3 trong đó lực đẩy tác dụng lên một góc là gì?
Một ứng dụng điển hình của đòn bẩy hạng ba trong đó lực đẩy tác dụng lên một góc là cánh tay con người.
Ở cánh tay con người, khớp khuỷu tay đóng vai trò là điểm tựa, cơ bắp tay bám vào xương cẳng tay (tải trọng) và kéo vào đó để tạo ra lực nâng. Tuy nhiên, cơ bắp tay nằm ở phía trước cánh tay, còn tải trọng nằm ở phía sau cánh tay. Điều này có nghĩa là cơ bắp tay tác dụng một lực lên cánh tay theo một góc, tạo ra hệ thống đòn bẩy hạng ba.
Khi cơ bắp tay co lại, nó tác dụng một lực lên xương cẳng tay theo một góc, khiến cẳng tay hướng lên trên. Thành phần vuông góc của lực do cơ bắp tay tạo ra cung cấp mô-men xoắn di chuyển xương cẳng tay, trong khi thành phần song song của lực chỉ đơn giản là đẩy xương sang một bên.
Bằng cách sử dụng hệ thống đòn bẩy hạng ba với lực đẩy theo một góc, cánh tay con người có thể di chuyển tải với tốc độ và phạm vi chuyển động nhanh hơn, mặc dù đổi lại là cần nhiều lực hơn để nâng cùng một trọng lượng so với một hệ thống đòn bẩy hạng hai.
Đòn bẩy hạng 3 khi lực đẩy tác dụng lên một góc có ưu điểm gì?
Ưu điểm của việc sử dụng đòn bẩy hạng ba trong đó lực đẩy tác động lên một góc bao gồm:
- Tăng phạm vi chuyển động: Bằng cách sử dụng đòn bẩy hạng ba với lực đẩy theo một góc, có thể tăng phạm vi chuyển động và độ chính xác của chuyển động. Điều này là do cánh tay đòn có thể được đặt ở các góc khác nhau, cho phép kiểm soát tốt hơn hướng của lực và chuyển động của tải.
- Tốc độ: Đòn bẩy hạng ba với lực đẩy theo một góc có thể cho phép tải chuyển động nhanh, điều này có thể có lợi trong những tình huống mà tốc độ là quan trọng. Điều này là do lực cần thiết để di chuyển tải có thể được tác dụng bằng chuyển động nhanh và chính xác của tay đòn.
- Ưu điểm cơ học: Mặc dù đòn bẩy hạng ba với lực tác dụng lên một góc đòi hỏi nhiều lực hơn để di chuyển tải so với đòn bẩy hạng hai, nhưng chúng vẫn có thể mang lại lợi thế cơ học. Tay đòn có thể được đặt ở các góc khác nhau, điều này có thể giúp tăng mô-men xoắn và giúp di chuyển tải dễ dàng hơn với lực ít hơn.
- Kiểm soát được cải thiện: Góc của lực tác dụng trong đòn bẩy hạng ba với lực tác dụng lên một góc cho phép cải thiện khả năng kiểm soát chuyển động của tải. Điều này có thể hữu ích trong những tình huống mà tải cần được di chuyển xung quanh chướng ngại vật hoặc trong không gian chật hẹp.
Nhìn chung, sử dụng đòn bẩy hạng ba với lực tác dụng lên một góc có thể giúp tăng phạm vi chuyển động, tốc độ và độ chính xác, đồng thời vẫn mang lại lợi thế cơ học và cải thiện khả năng kiểm soát chuyển động của tải.
