Piano inclinato

Cos'è un piano inclinato?

Lui piano inclinato È una macchina semplice che consiste in una superficie piana che forma un angolo rispetto all'orizzontale. Il suo scopo è ridurre lo sforzo richiesto per sollevare un oggetto a una certa altezza.

L'uso comune è quello di sollevare un carico pesante su una piattaforma di una costruzione o di un veicolo. Dall'esperienza sappiamo che in questo modo lo sforzo è ridotto, in cambio dell'aumento della distanza per viaggiare.

Quindi, invece di sollevare un'altezza H in verticale, è fatto per percorrere una distanza d sulla superficie del piano inclinato. Quindi la superficie contribuisce a bilanciare una parte dell'oggetto dell'oggetto, in particolare la componente verticale dello stesso.

La forza applicata F È responsabile di spostare la componente orizzontale del peso, la cui grandezza è inferiore a quella del peso stesso. Pertanto, l'entità di F è inferiore alla grandezza della forza richiesta per sollevare direttamente il corpo.

Si chiama la riduzione dello sforzo necessario Vantaggio meccanico, Un principio scoperto dal grande fisico dell'antichità Archimede di Siracusa (287-212 a.C). Un maggiore vantaggio meccanico, è necessario fare meno sforzi per svolgere l'attività.

Esempi di piani inclini

Le macchine semplici come il piano inclinato sono note dalla preistoria. I primi umani hanno usato strumenti di taglio fatti di pietra per fare frecce per cacciare e tagliare il legno per creare utensili.

Il vantaggio meccanico m di una macchina semplice è definito come il rapporto tra l'entità della forza di uscita e quello della forza di ingresso. È quindi una quantità senza dimensioni.

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In generale, l'entità della forza di uscita è maggiore dell'ingresso e M> 1. Ma ci sono compiti molto delicati che meritano una riduzione della forza di uscita, come nel caso delle pinzette, per le quali m < 1.

Come esempi di applicazione del piano inclinato abbiamo:

Rampe

La rampa facilita che la motocicletta è al livello necessario per metterla comodamente sul vettore del camion sul camion. Fonte: Wikimedia Commons.

Le rampe sono utili per sollevare oggetti pesanti a una certa altezza, richiedendo l'applicazione di una forza di minore grandezza rispetto al peso dell'oggetto.

Il vantaggio meccanico m di una rampa liscia, senza sfregamento, viene calcolato creando il quoziente tra la sua lunghezza, chiamato "d" e la sua altezza, indicato come "h":

M = d / h

Tuttavia, in pratica c'è uno sfregamento tra le superfici, quindi il vero vantaggio meccanico è un po 'più basso di m (vedere l'esercizio risolto 2).

Cunei

Un cuneo è una macchina semplice utilizzata per tagliare e lavorare. È in grado di superare la resistenza del materiale attraverso il bordo, applicando forze in sensi opposti, come si vede nell'immagine a destra. Fonte: Wikimedia Commons.

Sono costituiti da un doppio piano inclinato realizzato in materiale resistente con due superfici di contatto, che forniscono grandi forze di attrito a causa del bordo che si forma sul bordo.

Il bordo è in grado di superare la resistenza del materiale e separarlo in pezzi con l'aiuto di un martello per applicare la forza. L'uso del cuneo si estende all'adosar a mango, come ascia.

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Coltelli, assi e scalpelli sono buoni esempi di cuneo come strumenti di taglio. Anche i denti incisivi delle persone hanno questa forma, per tagliare il cibo in pezzi più piccoli e masticabili.

Più lungo è il cuneo e il più piccolo l'angolo nel bordo, maggiore è il vantaggio meccanico dello strumento, che è dato da:

M = 1 / TG ​​α

Dove α è l'angolo nel bordo. Le forme porali come i cunei servono solo a superare la resistenza al legno. I veicoli come aeroplani e barche hanno anche forme a cuneo per superare la resistenza all'aria e guadagnare velocità.

Viti

C'è un piano inclinato su un altro dispositivo di uso quotidiano che viene utilizzato per fissare i pezzi: la vite. La filettatura della vite è un piano inclinato arrotolato attorno all'asse cilindrico della vite.

Viene applicata una forza di input F_Yo Alla vite e quando si gira una durata di 2πr, dove r è il raggio, la vite avanza una distanza p, chiamata passato. Questa distanza è quella che separa due filettature consecutive a vite.

Forze che agiscono su un oggetto su un piano inclinato

Normale e peso

La figura mostra uno schema corporeo libero di un oggetto su un piano inclinato all'angolo α. Supponendo che non ci siano attriti, le forze che agiscono sull'oggetto sono: la normale N, esercitato perpendicolarmente e W Il peso, che è verticale.

Diagramma del corpo libero per un corpo su un piano inclinato senza attrito. In assenza di una forza che lo tiene, il corpo scivolerà in discesa. Fonte: Wikimedia Commons.

Il componente di peso nella direzione normale è w_E, che questa normale compensa, perché l'oggetto non si muove sopra il piano, ma parallelo ad esso. Una forza F che viene applicato all'oggetto deve almeno compensare il componente w_X in modo che l'oggetto si alzi attraverso il piano inclinato.

Può servirti: fisica modernaQuesto diagramma del corpo libero mostra l'oggetto che sale, soggetto a attrito cinetico e forza che lo fa caricare, parallelo al piano. Fonte: Wikimedia Commons/F. Zapata.

Attrito normale, peso e cinetico

Se si considera l'attrito, si dovrebbe prendere in considerazione che si oppone sempre al movimento o al possibile movimento. Quando l'oggetto si muove sulla superficie del piano inclinato, l'attrito cinetico agisce, se l'oggetto sale, l'attrito cinetico F_K È diretto nella direzione opposta e anche la forza F deve essere incaricata di sconfiggerlo.

Esercizio risolto

Trova l'angolo che la punta di un cuneo deve avere in modo che il suo vantaggio meccanico sia 10.

Soluzione

Nelle sezioni precedenti è stato stabilito che il vantaggio meccanico M del cuneo era dato da:

M = 1 / TG ​​α

Se m deve valere 10:

1 / tg α = 10

Tg α = 1/10 → α = 5.71º