Mekanik 1

I mekanik ser vi på, hvordan kræfter i naturen og menneskeskabte kræfter påvirker tingene.

Med en stor bukke-maskine bukkes kanter på metalplader efter alle kunstens regler.    

 

 

Hvordan kan fx en kran bygget af tynde stålstænger løfte enormt tunge ting?    
...Eller sugekopper løfter tykke stålplader?    

 

       

Kræfter

       

 

    At skubbe og trække er at påvirke tingene med en kraft.
Med en pil viser vi den retning, kraften har.

Pilens længde fortæller, hvor stor kraften er.

   

 

  Når flere trækker eller skubber samtidig, bliver det lidt vanskeligere at overskue kræfterne.
       
Hvis de trækker lige stærkt i hver sin retning, kommer de ikke ud af stedet.

Kræfterne "ophæver hinanden".

   

 

 

    Hvis snoren springer, kan vi se, at deres krops-vægt har frembragt træk-kræfterne.
  Når to trækker med en vinkel i forhold til hinanden, "mærker" træet det som én kraft (grøn pil).  

 

Denne fælles-kraft kan man finde ved at tegne diagonalen i et parallellogram (grøn pil)    
       

Konstruktioner

       
Naturen "laver" konstruktioner, der gør tingene stærke.

Tænk bare på spindel-væv og tynde græs-strå!

Mennesker gør det samme i alle mulige tekniske produkter.

   

 

 

    Skal bageren bruge én tyk stang eller er der en smartere udvej?
Vi bruger tit trekant-konstruktioner for at forstærke tingene    
    I stedet for at lave massive stænger, kan man lave profiler, der er lige så stærke.

Men de er meget lettere, og vi skal bruge langt mindre materiale.

 

I trekant-konstruktioner er der både træk-kræfter og skubbe-kræfter.

De mange trekanter sørger for, at kræfterne kommer steder, der kan holde til det.

   

 

Der optræder kræfter uden på tingene.
De tunge bøger presser boghylden krum.

  Inde i selve pladen opstår også kræfter.

For oven presser de materialet sammen, og for neden strækker de det.

       
    I mange tilfælde ønsker vi stive konstruktioner.

De fleste maskiner er lidt elastiske, så materialet bedre kan holde til rystelser, stød og slag - tænk fx på, hvad en bil udsættes for!

       

Måleenheden for kraft

       
Kræfter måler vi i newton (N).

Jorden trækker fx i en karton mælk med en kraft på ca. 10 N.

Kraft måles med en kraftmåler (newton-meter).

 
       

Hvor kommer kræfter fra?

       
Kræfter kan komme af mange ting:

Muskel-kraft, fjeder-kraft og sammenstød er eksempler på ting, der rører ved hinanden og påvirker med kræfter.

  Kræfter kan også skyldes usynlige felter.

Omkring en kam er der et elektrisk felt.

Omkring en magnet er der et magnet-felt.

Omkring alle ting er der et tyngdefelt.

Det gør, at alle ting trækker i hinanden.

     

       

Mekanismer

       
 

 

  En mekanisme er en slags omformer.

Én form for kraft puttes ind i den ene ende (input-kraften) og ud af den anden kommer en ny form (output-kraften).

Det kan være en større kraft,...

...eller måske en kraft med en anden retning

...eller begge dele.

   
       

Mekanismer, der ændrer kraftens størrelse

       

 

    Med en stang, der drejer sig om et fast punkt, kan man løfte tunge ting.
Stangen kalder vi en vægtstang - fordi den også bruges i forskellige slags vægte.    

 

    Mange steder bruger vi vægtstangs-princippet.

Når vi skal lave beregninger med vægtstænger, bruger vi begrebet: moment.

moment = kraft · afstand til omdrejningspunkt

eller:

moment = kraft · arm

 

Når vippen (vægtstangen) er i balance gælder:

moment på venstre side = moment på højre side

9 · 0,5 = 3 · 1,5

Den er altså i balance her

   
       

Mekanismer, der ændrer kraftens retning

       
    Output-kraften her er langt større end input-kraften.

Men de er også modsat rettede!

Disse to trækstænger kan dreje sig om A.

Output-kraften bliver vinkelret på input-kraften.

   
    Her bliver retningen af output-kraften modsat input-kraftens (svingtap = aksel).
       

Mekanismer, der ændrer bevægelsesformen

       

 

    Vi regner med fire slags bevægelse:

den lineære (fx en skuffe, der skubbes ind)

...stempelbevægelsen - frem og tilbage (fx stemplet i en knallert)

...den roterende bevægelse (fx et hjul)

   

 

 

    ...svingende bevægelse (fx pendulet på et stueur).
Her kommer nogle mekanismer, der ændrer bevægelses-formen.

Kron- og spidshjul.

En krydset trækrem.

 

 

    Tandhjul.

Tandhjul og tandstang.

 

Tandhjul og snegl.

Knastaksel og stempel (ventiler i bil-motor).

   

 

    Vinkel-træk med rem.
       

Mekanismer, der ændrer hastigheden

       
    Her kører det store hjul 3 gange så hurtigt, som det lille (radius er tre gange større).

I gearet på en cykel er der tandhjul af forskellige størrelser, der griber ind i hinanden ved gear-skift.

I første gear giver én omgang på pedalerne kun en kort køretur.

I femte gear giver det en lang tur.

       

Maskiner

       
Hvis vi kombinerer mange mekanismer, får vi en maskine.

Nogle maskiner vrimler med mekanismer. Det gælder fx stor computer-styrede robot-maskiner

 

    Maskiner bruger energi og producerer arbejde.

Lidt energi går tabt undervejs og bliver til varme.

En valsemaskine til at knuse keramiske materialer med.

(Forskningscenter Risø)

   

 

    Gammel symaskine med mange spændende mekanismer!

(Elmuseet i Tange)

 

Et helt lille kraftværk med dieselmotor (til højre) og generator til venstre. Her kan du også studere mekanismer af alle slags.

(Elmuseet i Tange)