Τεχνολογίες σχεδιασμού GCSE Σκουμπίδια και ζώνες βελτιώνουν τα μηχανικά συστήματα

Έχετε αναρωτηθεί ποτέ πώς οι αρχαίοι Αιγύπτιοι κατάφεραν να σηκώσουν τεράστια πέτρινα μπλοκ για να χτίσουν τις τεράστιες πυραμίδες;Η απάντηση έγκειται στην έξυπνη εφαρμογή απλών μηχανών - τροχαλιών και ζώνων - που άλλαξαν την ανθρώπινη ικανότητα και διαμόρφωσαν πολιτισμούς.

Οι τροχαλίες, μια από τις αρχαιότερες μηχανικές συσκευές της ανθρωπότητας, λειτουργούν με αρχές παρόμοιες με τους μοχλούς και χρησιμεύουν ως απαραίτητα εργαλεία για την ανύψωση βαρέων φορτίων.Αυτοί οι κυκλικοί τροχοί με τις ράβδους τους για σχοινιά ή καλώδια δείχνουν πόσο απλό σχέδιο μπορεί να αποφέρει τεράστια μηχανικά πλεονεκτήματα.

Στους αρχαίους οικοδομικούς χώρους, οι εργάτες χρησιμοποιούσαν συστήματα τροχαλιών για να υψώνουν πέτρες πολλών τόνων με αξιοσημείωτη αποτελεσματικότητα.

• Κατασκευή:Οι γερανοί πύργου χρησιμοποιούν συστήματα τροχαλιών για να σηκώσουν χάλυβα και τσιμέντο σε ζαλιστικά ύψη
• Ναυτιλία:Οι γερανοί μεταφέρουν εμπορευματοκιβώτια μεταξύ πλοίων και φορτηγών
• Ορυχεία:Συστήματα τροχαλιών μεταφοράς μεταλλεύματος από βαθιά υπόγεια
• Η καθημερινή ζωή:Από τις βιτρίνες στα παράθυρα μέχρι τα λουτρό, οι τροχαλίες απλοποιούν τις καθημερινές εργασίες

Οι τροχαλίες διατίθενται σε τρεις βασικές διαμορφώσεις, η κάθε μία από τις οποίες προσφέρει ξεχωριστά μηχανικά οφέλη:

1- Σταθερές τροχαλίες:Οι μηχανές αυτές αλλάζουν την κατεύθυνση της δύναμης χωρίς να παρέχουν μηχανικό πλεονέκτημα.αν και η απαιτούμενη δύναμη παραμένει ίση με το βάρος φορτίου.

2. Κινούμενες τροχαλίες:Το μηχανικό πλεονέκτημα προέρχεται από την κατανομή του βάρους μεταξύ δύο τμημάτων σχοινιών.

3Σύνθετα συστήματα τροχαλιών:Ο συνδυασμός πολλών σταθερών και κινητών τροχαλιών δημιουργεί εκθετικά μηχανικά πλεονεκτήματα.που επιτρέπουν στους εργαζόμενους να μετακινούν εξαιρετικά βάρη με μέτρια προσπάθεια.

Ενώ οι τροχαλίες υπερέχουν στην ανύψωση, τα συστήματα ζώνης φέρνουν επανάσταση στη μετάδοση ισχύος μεταξύ περιστρεφόμενων εξαρτημάτων.

• Ησυχία λειτουργίας με ελάχιστες δονήσεις
• Αποδοτική μεταφορά ισχύος σε μεγάλες αποστάσεις
• Ενσωματωμένη αποσβεστική
• Απλή συντήρηση και αντικατάσταση

Οι σύγχρονες εφαρμογές είναι πολλές:

• Λιντς:Μεταφορά ισχύος κινητήρα σε μηχανισμούς ανύψωσης
• Τροχαία:Σύνδεση κινητήρων σε επιφάνειες κίνησης
• Μηχανές πλύσης:Οδηγούν περιστρεφόμενα τύμπανα

Τα συστήματα ζώνης επιτρέπουν ακριβή έλεγχο της ταχύτητας μέσω των αναλογιών διάμετρου τροχαλιού.Οι μηχανικοί υπολογίζουν τις αναλογίες ταχύτητας χρησιμοποιώντας:

Σύνδεσμος ταχύτητας = Διαμέτρου τροχαίου πριόνι ÷ Διαμέτρου τροχαίου πριόνι

Για παράδειγμα, όταν μια τροχαία με κίνηση 120 mm συνδέεται με τροχαία με κίνηση 40 mm, η αναλογία 3: 1 σημαίνει ότι η μικρότερη τροχαία πρέπει να ολοκληρώσει τρεις περιστροφές για να περιστρέψει τη μεγαλύτερη τροχαία μία φορά.Αυτή η αρχή επιτρέπει τον ακριβή έλεγχο των ταχυτήτων περιστροφής σε μηχανικά συστήματα.

• Αποδεικνύει τις βασικές αρχές της φυσικής
• Αναπτύσσει πρακτικές δεξιότητες επίλυσης προβλημάτων
• Ενθαρρύνει την καινοτόμο μηχανική σκέψη
• Προετοιμάζει τους μαθητές για προηγμένες μηχανικές έννοιες

Αυτοί οι απλοί αλλά βαθιά μηχανισμοί συνεχίζουν να εμπνέουν νέες γενιές μηχανικών, αποδεικνύοντας ότι οι αρχαίες καινοτομίες παραμένουν σχετικές στην τεχνολογική εποχή μας.Οι αρχές που χρησιμοποιήθηκαν για την κατασκευή πυραμίδων βοηθούν τώρα στην κατασκευή ουρανοξύστεωνΔείχνει την διαχρονική αξία της μηχανικής ευφυΐας.