AIA ØST 2007 Bulle Per 1
nkle maskiner er enkle mekaniske innretninger som brukes bl.a. som kraftforsterkere. Alle brede fargede piler markerer krefter. engden angir størrelse og pilen angir retning INNHOD Vektstenger...3 Skråplan...12 Trinser...18 Tannhjul 21 Akselhjul 26 Per 2
VKTSTNGR Vippe Per Per og veier begge 80 kg. Vippa er 4 m lang og aksen er på midten. Vippa balanserer. Akse Vippa balanserer ikke når Bulle bytter plass med Per. Bulle 120 kg Sett deg nærmere aksen, Bulle Nå er vi like tunge!! Tull Nå må du slanke deg, Bulle Bulle 120 kg Fedon 1 3 1 m Bulle 120 kg Per Vippa vil også balansere hvis Per setter seg på midten 3
Få vippa til å balansere!? kg sitter midt på stanga. Hvor tungt må loddet være? Bulle 120 kg? kg Bulle sitter 1,5 m fra aksen. Hva veier loddet til? 160 kg Hvor langt fra aksen må loddene plasseres? 100 kg 4
Vektstang n meget enkel maskin som brukes mye til å tilpasse en del arbeid og løft til menneskets muskelkraft På figurene: : last : kraft A: dreieakse 100 kg A a b Kraftens arm Avstand fra aksen til kraftens angrepspunkt. oddet har arm a, s kraft har arm b Prinsipp ksempel Kraft multiplisert med arm er likt på begge sider a = b 100 kg har en tyngde på 1000N. a = 1,5m og b = 2,5m Vi bruker formelen over: 1000N 1,5m = x 2,5m x = 600N må bruke en kraft på 600N for å løfte loddet. Hvis han flytter loddet nærmere aksen trenger han mindre kraft. Vektstangtyper ast, kraft og akse kan arrangeres i forskjellig rekkefølge på vektstanga. De tre typene vektstenger har forskjellig bruksområder. Type 1 Type 2 Type 3 A A A 5
Type 1 A Per ksempel 1 Per vil flytte bort en stor stein som ligger i hagen hans. Han bruker et langt spett og legger en liten stein under. Aksen blir da på den lille steinen, rød del av spettet er steinens arm, blå del er Pers arm. Hvis den blå er 5 ganger så lang som den røde vil Per klare seg med en kraft som er en femdel av steinens tyngde. A ksempel 2 Åpne en malingsboks med et skrujern. Vi stikker skrujernet innunder kanten på lokket. okket sitter fast og virker med en kraft på skrujernet. Vi bender mot kanten av boksen som dermed er aksen. Aksen og lasten er svært nær hverandre slik at forskjellen på armlengde er veldig stor. Selv om lokket sitter veldig hardt, kan vi derfor klare å få det av med håndkraft. 6
Type 2 A ksempel 1 n trillebår er eksempel på type 2. Den kan lages på forskjellig måte avhengig av hva de er beregnet på. Hvis den skal brukes til tunge ting er det gunstig å ha lange drag. A ksempel 2 Her har vi hånden n flaskeåpner er en vektstang av type 2. Kapselen er tett festet til flaska og yter stor motstandskraft mot flaskeåpneren. Aksen er der hvor åpneren ligger an på kapselen. n flaskeåpner med langt håndtak gjør det lettere å åpne flaska. 7
Type 3 Vektstang type 3 er ikke kraftforsterker, her må kraften være større enn lasten. Poenget med type 3 kan være å få en hensiktsmessig plassering av kraftens angrepspunkt og den egner seg ikke til store krefter. ksempel 1 n fiskestang har en viss lengde for å få swung på kastingen. Det kan være ganske tungt å dra inn en fisk på noen få kilo. A ksempel 2 Armen din er en vektstang type 3. For at muskelen skal kunne bøye leddet, må muskelfestet sitter et stykke foran. Muskel Munkholm Muskelfeste A 8
Dobbel vektstang n tang er et eksempel på en dobbel vektstang. Figuren viser en tang som klipper over en ledning. Hvis ledningen er tykk og hard å klippe over, må du plassere ledningen så nær aksen som mulig og gripe langt ut på håndtaket. a b A ksempler Mange typer verktøy er doble vektstenger. Type 1: pølseklype Type 3: pinsett Type 2: nøtteknekker Type 1: rørtang 9
Oppgaver 1 Marker på figurene, og A Og skriv hvilke typer vektstenger de er. Forklar hva du kan gjøre hvis nøtta er spesielt hard. 2 Figuren viser to hagesakser. Den ene er til tykke grener og den andre er en hekksaks. Forklar hvorfor de er laget slik de er. kg 3 Dette er en dampventil. Forklar hvordan den virker og hvordan den kan reguleres. damp 10
4 Anta at avstanden mellom albuleddet og muskelfestet er 3 cm og at underarmen din er 33 cm. n full ølseidel veier 900g. Beregn hvor stor kraft muskelen din må bruke for å løfte glasset. Munkholm 5 Per skal flytte en stor stein som veier 300kg. Hvor stor kraft må han bruke hvis spettet hans er 3m langt og avstanden fra stein til akse er 60 cm. Hvis dette blir for tungt, hva kan Per gjøre? Per 6 har fylt opp trillebåra si med pukk av en tyngde 900kg. Han har målt lengdene som er vist på figuren. Regn ut hvilken kraft han må løfte med. 1,2m 60cm 11
SKRÅPAN Kan brukes til å heve en ting som er for tung til å løftes rett opp. Jo slakere skråplanet er jo tyngre ting kan man heve.?? Per Det er alt for tungt å løfte trillebåra opp på muren. Det trengs mindre kraft til å dytte trillebåra oppover et skråplan Prinsipp kraft = høyde last lengde = h l l h Arbeid Arbeidet blir det samme: W = l = h 12
Kile n kile er et dobbelt skråplan. Brukes f eks når man feller trær. Tre Verktøy Flere typer verktøy har kileform f eks øks og meisel. Disse fungerer som maskiner når de er i bevegelse. Bladet på en meisel er kileformet på tre sider Skrue n skrue er faktisk et skråplan Vi tenker oss at vi vikler et skråplan rundt en pinne. Slakt skråplan liten avstand mellom gjengene lettere å skru Bratt skråplan stor avstand mellom gjengene tyngre å skru Skruens funksjoner: holde ting sammen eller heve en last. 13
Propell r fremdriftsdel på fartøyer. n propell driver vann eller luft bakover og motkraften fra vann/luft gir fremdrift. Stigning Den avstanden propellen teoretisk beveger seg pr omdreining. n propell er egentlig en skrue og stigningen tilsvarer gjengeavstanden. Propellen skrur seg inn i vann eller luft og har dermed ikke samme effektivitet som en skrue som skrur seg inn i fast stoff. n propell i vann kan ha opptil 60-70% effektivitet. Propellen skyver luft bakover Mer luft på baksiden gir større trykk på baksiden av propellen slik at den skyves forover Propellens dreieretning Kraft som driver bladene forover n propell har fra to til ti blader montert radielt på drivakselen. Bladene har en viss vinkel med radialplanet. Denne vinkelen er forskjellig på forskjellige propeller og bestemmer propellens stigning. 14
Vifte n vifte er i prinsippet laget som en propell. n viftes funksjon er å flytte luft fra den ene siden av vifta til den andre. Sett fra siden uft Bevegelsesretning uft uft uft Fart n propell får fart i motsatt retning av luftstrømmen pga luftas motkraft på propellen. n vifte blir hindret i å bevege seg av et stativ eller en festemekanisme. Motor uftstrøm Vifteblad 15
Mikrometer Måleinstrument som brukes til nøyaktig målig av små lengder. n runde på skruen gir en måling på en gjengeavstand. Vanlige mikrometer gir en nøyaktighet på 0,01 mm. Måleemne Millimeterskala Skala for hundredels mm Skrujekk Skrue med tette gjenger ksempel på skrue som brukes til å heve en last. Gjengene sitter veldig tett slik at jekken fungerer som et meget slakt skråplan. Det medfører at vi med vanlig menneske kraft kan løfte en bil. h Utført arbeid er: W = F h der F er den delen av bilens tyngde som hviler på jekken. Du må sveive ganske mange ganger, men den kraften du må bruke er langt mindre enn F. 16
Oppgaver 1 s trillebår har en tyngde på 1000 N og skråplanet har lengden 5m Hvor stor kraft må han skyve med? Det viser seg at han bruker 400 N. Hvorfor stemmer ikke din første beregning? 1,5m 2 Du har muligens observert at rullestolramper er meget lange og ofte har skarpe svinger. Veien blir lang for brukerne og rampene tar mer plass. Hadde det ikke vært mer gunstig å lage disse rampene kortere? 3 Du skal flytte et flygel som har tyngde 8000N. Hvor stor kraft må du skyve med hvis du bruker et skråplan som vist på figuren? Flygelet har heldigvis hjul. 10m 1m Det viser seg at du bare klarer å skyve med en kraft på 150 N. Hvordan må skråplanet ditt se ut hvis du skal dytte flygelet opp på et lasteplan som er 1,5 m høyt? 17
TRINSR OG TAJR Trinse Hjul med spor til reim eller snor. Trinsesystemer brukes til tunge løft og til overføring av rotasjonsbevegelse Reimdrift To trinser forbundet med en reim. Hvis det ene hjulet dreies vil det andre følge med. Drivhjul Følgehjul Fart Hvis hjulene er like store vil de gå like fort, Hvis de har forskjellig størrelse, vil det minste gå fortest. Drivhjul Følgehjul Retning Reima kan orienteres slik at de får motsatt dreieretning. 18
Fast trinse n fast trinse kan gi løftekraften en mer gunstig retning. Fast trinse Per Talje ksempel øfteredskap bestående av to eller flere trinser koblet sammen. Figuren viser en talje som består av to trinser, en bevegelig og en fast. Med et slikt system kan du løfte en last med en mindre kraft enn med bare en trinse. Bevegelig trinse Fast trinse Jeg bruker bare halvparten så stor kraft som du, Per! Regel Teoretisk er det slik at kraften vi må trekke med er lik lastens tyngde dividert på antall tau som holder den oppe, i dette tilfellet 2. Vi må imidlertid regne med noe energitap slik at kraften blir noe større. 19
Oppgaver 1 Beregn hvor stor kraft som trengs til å heve lasten på de to figurene hvis vi ser bort i fra energitap. Per 500N 960N 2 trekker alt han kan og kan da prestere en kraft på 200 N. Hvor mye kan han maksimalt løfte med dette trinsesystemet? Hvor mye tau tror du han må trekke inn for å løfte lasten 2 m? Forklar hvordan du tenker. Finnes det en regel her? 20
TANNHJU Tannhjul er hjul med tagger i kanten. Når to tannhjul griper inn i hverandre, vil det drivhjulets bevegelse overføres til følgehjulet Drivhjul 32 tenner Følgehjul 16 tenner Utveksling antall tenner på følgehjulet antall tenner på drivhjulet antall omdreininger på drivhjul = antall omdreininger på følgehjul På figuren: 32 16 = 2 ller 2:1 1 Drivhjulet har gått to ganger rundt når følgehjulet har gått en gang, men følgehjulet gir dobbelt så stor dreiekraft. Vi ser at drivhjul og følgehjul har motsatt dreieretning. For å få samme dreieretning kan vi koble et ekstra hjul imellom. 21
Gire opp t stort drivhul kan få et lite følgehjul til å gå mange ganger fortere rundt. Å øke omdreiningshastigheten kalles å gire opp. Kraften på følgehjulet blir da mindre. Gire ned Å gire ned er motsatt: vi senker omdreiningshastigheten men får større kraft på følgehjulet. Da må vi ha lite drivhjul og stort følehjul. Kjede To tannhjul kan forbindes med en kjede som på en sykkel. De får da samme dreieretning. Det store tannhjulet, drivhjulet, er festet til pedalene, følgehjulet er festet til bakhjulet på sykkelen. Da kan bakhjulet gå flere ganger rundt for hver gang vi trår. 22
Gir på sykkel Flere tannhjul med forskjellig antall tenner er festet til bakhjulet. Vi skifter gir ved at kjedet forflyttes fra ett tannhjul til et annet. For å få mange gir kan vi også ha flere tannhjul på drivhjulet. På figuren har vi 4 tannhjul med hhv 32, 24, 16 og 8 tenner. Drivhjulet har 8 tenner. Vi har da mulighet for utveksling 4, 3, 2, og 1 Retningsendring Figuren viser tre typer tannhjul som brukes til å endre rotasjonsretningen med 90 Rotasjonsakse følgehjul siden Rotasjonsakse drivhjul Rotasjonsakse drivhjul Rotasjonsakse følgehjul Konisk drev Snekkedrev 23
Tannhjulsett Flere tannhjul settes sammen Figuren viser et eksempel hvor 4 tannhjul er koblet sammen. 12 tenner 48 tenner Drivhjul 75 tenner Følgehjul 15 tenner Utvekslingen på første sett tannhjul er 48 12 = 4 For det neste paret er utvekslingen 75 15 = 5 Total utveksling for hele tannhjulsettet er produktet av disse 4 5 = 20 Det betyr at drivhulet må gå 20 ganger rundt for at følgehulet skal gå en runde. Rotasjonskraften på følgehjulet er da 20 ganger så stor som på drivhjulet 24
Oppgaver 1 Beregn utvekslingen på disse tannhjulsettene og merk av hvilken retning følgehjulet dreier.. 48 tenner 16 tenner 12 tenner 30 tenner Drivhjul Følgehjul Drivhjul Følgehjul 60 tenner 12 tenner Drivhjul Følgehjul 84 tenner 16 tenner 2 Figuren viser et verktøy. Hva brukes det til? Forklar hvordan det fungerer. Beregn utvekslingen hvis det store hjulet har 72 tenner og det lille 12. 3 4 n hjulvisp har 8 tenner på de små hjulene som er festet til vispene. Hvilken utveksling har vi hvis det store hjulet har 56 tenner? Hvor mye fortere går vispene enn det store hjulet? Hvor fort tror du at du kan dreie sveiva (antall runder pr. sek) Hvor fort går vispene da? Vi har en sykkel hvor to tannhjul er festet til pedalene og 5 tannhjul på bakhjulet. Hvor mange gir er det på denne sykkelen? Hvilken kombinasjon av tannhjul gir lavest gir? Hvilken gir høyest? 25
AKSHJU Fungerer som to trinser med forskjellig diameter festet til samme aksel. Kraftens tau er viklet rundt den største trinsa, lasten rundt den minste i motsatt retning. R r Sett fra siden ligner dette på en vektstang. Kraftens arm er R og lastens arm er r. Regel R = r = r R ffekt 10 J har blitt brukt til å trekke akselhjulet rundt 2m 90N Utført arbeid på : W = 90N 1m = 90J har utført arbeidet W = 50N 2m = 100J 50N 1m 26
Skrujern Fungerer etter akselhjulprinsippet. Hvis håndtaket har 10 ganger så stor radius som jernet får vi 10 ganger kraftforsterkning. Forskjellige skrujern til forskjellig bruk. Noen skrujern har spesielt tykt håndtak til tunge skrujobber. Vinsj Det store hjulet kan erstattes av en sveiv som altså beskriver en sirkulær bane. Denne driver en aksel med tau eller vaier som kan heve eller senke en last. Per 27
Oppgaver 1 Disse figurene viser forskjellige akselhjulmaskiner med samme last. Hvilke av maskinene vil løfte lasten når kraften trekker nedover? Hvilken maskin bruker minst kraft? 2 Vurder hver enkelt av tegningene under og avgjør om de fungerer som et akselhjul. Forklar. 28