Naklonená rovina
Naklonená rovina je základný jednoduchý stroj — šikmá plocha, ktorá umožňuje premiestniť predmet s menšou silou. Používa sa v rampách, klinách, náradí a mechanických konštrukciách.
Prehľad
Naklonená rovina je jedna z klasických kategórií jednoduchých strojov. Ide o plochu nastavenú pod určitým uhlom voči horizontále, ktorá znižuje potrebnú sily na premiestnenie telesa z jednej výšky na inú. Základný princíp a význam naklonenej roviny vysvetľuje pojem technická výhoda; základná definícia je dostupná v materiáloch o jednoduchých strojoch.
Galéria obrázkov
10 Obrázky
Vlastnosti a princíp
Mechanická výhoda naklonenej roviny je približne pomer dĺžky šikmej plochy k jej výške. Pri ľahkom sklone treba síl menšia, ale pôsobí na dlhšiu dráhu; pri strmom sklone sa dráha skracuje a potrebná sila rastie. Skutočné sily závisia aj od trenia medzi predmetom a povrchom — preto sa v praxi používajú povrchy s nižším koeficientom trenia, ložiská alebo valivé prvky.
Historický kontext
Koncept naklonenej roviny je známy od staroveku; už pri stavbe starovekých ciest, ramp a pamiatok sa využívali sklonené plochy na premiestňovanie ťažkých bremien. Matematické rozpracovanie jednoduchých strojov vrátane naklonenej roviny patrí medzi témy starovekých a stredovekých mechanických prác; známe osobnosti, ktoré tento problém skúmali, sa zaoberali aj silami a pákami.
Použitie a príklady
Naklonená rovina sa vyskytuje v mnohých bežných objektoch a nástrojoch. Medzi typické príklady patria:
- rampy pre nakladanie tovaru alebo prístup pre vozíčkarov,
- šikmé cesty a mosty, ktoré umožňujú prekonať výškový rozdiel bez prudkého stúpania,
- poľnohospodárske a stolárske nástroje ako pluhy a stolárske hoblíky,
- režné a tvarovacie nástroje: sekery, dláta a nože, kde sú dve naklonené plochy usporiadané oproti sebe,
- klin a klinové systémy, ktoré sú priamym príkladom dvoch spojených naklonených rovín (klín).
Varianty a súvislosti
Naklonená rovina tvorí základ aj pre iné jednoduché stroje. Napríklad nôž a klín sú dve šikmé plochy, ktoré zmenia smer pôsobiacej sily a umožnia rozdelenie materiálu. Šrób je ďalší variant — v podstate je to naklonená rovina zabalená do špirály, čo umožňuje veľkú silovú výhodu pri otáčaní.
Praktické poznámky
Pri navrhovaní naklonenej roviny je potrebné zvážiť bezpečnosť (prípadný sklon pre chodcov či vozidlá), odolnosť proti opotrebeniu a vplyv trenia. V technických aplikáciách sa preto často kombinuje so sklzovými alebo valivými mechanizmami a so špeciálnymi povrchmi. Pre ďalšie základné informácie a návody na výpočty odporúčajú odborné zdroje a učebnice z oblasti mechaniky a konštrukcie jednoduchých strojov.
Ďalšie zdroje a príklady nájdete aj v praktických návodoch na použitie ramp, klinov a rezných nástrojov: pluhy, hoblíky, dláta a sekery sú v tomto kontexte názornými príkladmi.
Výpočet síl pôsobiacich na objekt na naklonenej rovine
Ak chcete vypočítať sily pôsobiace na objekt umiestnený na naklonenej rovine, uvažujte tri sily, ktoré naň pôsobia.
- Normálová sila (N) pôsobiaca na teleso rovinou v dôsledku gravitačnej príťažlivosti, t. j. mg cos θ
- gravitačná sila (mg, pôsobiaca vertikálne smerom nadol) a
- trecia sila (f) pôsobiaca rovnobežne s rovinou.
Gravitačnú silu môžeme rozdeliť na dva vektory, jeden kolmý na rovinu a druhý rovnobežný s rovinou. Keďže kolmo na rovinu nie je žiadny pohyb, zložka gravitačnej sily v tomto smere (mg cos θ) sa musí rovnať a byť opačná ako normálová sila pôsobiaca rovinou, N. Preto N = m g c o s θ {\displaystyle N=mgcos\theta } 
.
Ak je zložka gravitačnej sily rovnobežnej s povrchom (mg sin θ) väčšia ako statická trecia sila fs - potom sa teleso posunie po naklonenej rovine so zrýchlením (g sin θ - fk /m), kde fk je sila trenia - inak zostane nehybné.
Keď je uhol sklonu (θ) nulový, sin θ je tiež nulový, takže teleso sa nepohne.
Otázky a odpovede
Otázka: Čo je to naklonená rovina?
Odpoveď: Naklonená rovina je jednoduchý stroj, ktorý umožňuje použiť menšiu silu na pohyb objektu.
Otázka: Aké sú príklady naklonených rovín?
Odpoveď: Medzi príklady naklonených rovín patria rampy, šikmé cesty a kopce, pluhy, dláta, sekery, stolárske hoblíky a kliny.
Otázka: Aký je typický príklad naklonenej roviny?
Odpoveď: Typickým príkladom naklonenej roviny je šikmá plocha, napríklad vozovka alebo most v rôznej výške.
Otázka: Aký je ďalší jednoduchý stroj založený na naklonenej rovine?
Odpoveď: Čepeľ je ďalší jednoduchý stroj založený na naklonenej rovine, kde dve naklonené roviny umiestnené chrbtom k sebe umožňujú, aby sa dve časti rezaného predmetu od seba vzdialili s použitím menšej sily.
Otázka: Ako umožňuje naklonená rovina použiť menšiu silu na pohyb objektu?
Odpoveď: Naklonená rovina znižuje silu potrebnú na presun objektu, pretože zväčšuje vzdialenosť, na ktorú sa sila aplikuje.
Otázka: Aké sú každodenné príklady naklonených rovín?
Odpoveď: Medzi každodenné príklady naklonených rovín patria rampy pre invalidné vozíky, rampy pre chodcov a rampy používané pri jazde na skateboarde.
Otázka: Ako sú naklonené roviny užitočné v každodennom živote?
Odpoveď: Naklonené roviny sú užitočné v každodennom živote, pretože umožňujú použiť menšiu silu na premiestňovanie predmetov, čo uľahčuje a znižuje námahu pri fyzických úlohách.
Súvisiace články
Autor
AlegsaOnline.com Naklonená rovina Leandro Alegsa
URL: https://sk.alegsaonline.com/art/47011