Jei esate inžinieriaus studentas ar inžinierius, tikriausiai žinote, ką reiškia kažkas pasukti.
Bet ar kada nors pagalvojote apie tai, kaip viskas juda aplink ašį? Ši nematoma linija vadinama sukimosi ašimi.
Tai pagrindinė inžinerijos idėja, padedanti suprasti, kaip juda tokie dalykai kaip krumpliaračiai ir turbinos.
Suprasdami, ką reiškia sukimosi ašis, galite sužinoti daugiau apie tai, kaip daiktai sukasi, ir geriau suprasti, kokios sudėtingos yra mašinos, kurias naudoju kiekvieną dieną.
Šiame straipsnyje kalbėsiu apie sukimosi ašies pagrindus ir jo svarbą inžinerijoje.
Tai padės suprasti sukamąjį judesį visiškai nauju būdu.
Įvadas į sukimosi ašį
Oficialus apibrėžimas:
Tiesi linija eina per besisukančio, standaus kūno taškus, kurie lieka nejudantys, o kiti kūno taškai juda apskritimais apie ašį.
Pagrindinė inžinerijos, fizikos ir mechanikos idėja yra sukimosi ašis.
Tai sukurta tiesi linija, einanti per trimatį objektą ir aplink kurią objektas gali suktis arba suktis.
Kitaip tariant, tai linija, aplink kurią sukasi standus kūnas.
Inercinė atskaitos sistema rodo, kad sukimosi ašis gali būti fiksuota ir nejuda bei nekeičia krypties.
Kai kiekviena kūno dalis juda apskritimu aplink vieną liniją, vadinamą sukimosi ašimi, tai vadinama grynuoju sukimosi judesiu.
Fiksuotos ašies hipotezė teigia, kad ašis negali pakeisti savo padėties, todėl ji negali paaiškinti tokių dalykų kaip svyravimas ar precesija.
Vidinė sukimosi ašis
Objektai 3D erdvėje gali turėti daugiau nei vieną sukimosi ašį.
Tačiau objektas negali apsisukti aplink dvi iš šių ašių vienu metu.
Jei objekto naujoji sukimosi ašis yra statmena pradinei ašiai, jis negali suktis priešingomis kryptimis abiem ašimis tuo pačiu metu.
Jis suras tašką, kuriame abu yra subalansuoti, ir išilgai šios linijos padarys trečią sukimosi ašį.
Sukimosi ašis žmogaus anatomijoje
Anatomijoje sukimosi ašis yra sudaryta linija, einanti per tašką, kuriame jungtis pasisuka arba sukasi.
Pavyzdžiui, rankos lenkimo ir tiesinimo sukimosi ašis eina per alkūnės sąnarį.
Žmogaus anatomijoje yra trys ašys.
- Anteroposterior ašis (sagitalinė ašis) eina iš priekio į galą ir iš viršaus į apačią.
- Išilginė ašis (vertikali ašis): ji eina iš viršaus į apačią ir iš priekio į galą per kūną.
- Vidutinė šoninė ašis (skersinė ašis): ji eina iš kairės į dešinę ir iš nugaros į priekį.
Kieto kūno orientacija
Tai, kaip yra orientuotas standus kūnas, lemia jo paties ašių krypties būdas.
Šią orientaciją nustato riedėjimo apribojimas ir momentinė sukimosi ašis.
Tačiau ši idėja neturi daug bendro su sukimosi ašimi.
Patarimas: jei reikia, įjunkite antraštės mygtuką. Jei nesate susipažinę su anglų kalba, nustatymų mygtuke pasirinkite „automatinis vertimas“. Gali tekti pirmiausia spustelėti vaizdo įrašo kalbą, kad jūsų mėgstamiausia kalba taptų prieinama versti.
Sukimosi ir judėjimo ašis
Sukamasis judėjimas yra tada, kai standus kūnas juda aplink ašį, kuri nejuda.
Sukamąjį judėjimą galima matyti iš to, kaip žemė sukasi aplink savo ašį ir kaip juda ratai, krumpliaračiai ir varikliai.
Inžinieriai turi galvoti apie sukimosi inerciją kurdami daiktus, kurie sukasi, nes nuo to priklauso, kaip gerai veikia varikliai ir kaip gaminami sraigtai.
Sukimosi kinematikos kintamieji ir lygtys naudojami sprendžiant realias problemas, susijusias su sukimo momentu ir svirties svirtimis.
Sukamojo judesio pavyzdžius galite išspręsti naudodami penkias sukimosi kinematines lygtis.
Be to, sukimosi dinamika žiūri į objekto judėjimą ir jėgas, kurios verčia jį judėti.
Fiksuotosios ašies sukimosi kinematika ir dinamika
Sukimąsi aplink fiksuotą ašį lengviau suprasti matematiškai nei laisvą standaus kūno sukimąsi, nes ašis negali pakeisti savo padėties ir negali paaiškinti tokių dalykų kaip svyravimas ar precesija.
Kieto kūno, besisukančio aplink fiksuotą ašį, kinematika ir dinamika yra lygiai tokia pati, kaip ir standaus kūno, judančio viena fiksuota kryptimi.
Tai netinka standžiam korpusui, kuris gali laisvai suktis bet kuria kryptimi.
Objekto kinetinės energijos ir jo dalių jėgų išraiškas taip pat lengviau užrašyti, kai objektas sukasi aplink fiksuotą ašį, o ne laisvai.
Sukimosi inercija ir kintantis sukimosi greitis
Kai objektas tolsta nuo sukimosi ašies, tampa vis sunkiau pakeisti sistemos sukimosi greitį.
Taip yra todėl, kad sukimosi inercija didėja, kai masė tolsta nuo ašies.
Sukimosi inerciją veikia ir masė, ir atstumas nuo masės centro iki ašies.
Kai kažkas traukiamas ar stumiamas nuo centro, sunkiau pakeisti jo sukimosi greitį.
Tai logiška, nes jei kas nors bando ką nors pasukti traukdamas vieną galą, jie iš esmės bando priversti vieną pusę judėti greičiau nei kitą.
Jei viena pusė turi daugiau svorio arba yra toliau nuo to, kur žmogus traukia, reikės daugiau jėgos, kad ta pusė judėtų tokiu pačiu greičiu kaip ir kita.
Besisukančių objektų stabilumas
Nesvarbu, ar kažkas yra stabilus, kai jis sukasi, priklauso nuo pagrindinių ašių, kurias jis sukasi.
Jei nėra sukimo momentų iš išorės, objektas, besisukantis aplink vieną ašį, svyruos aplink vieną iš savo pagrindinių ašių, bet ne apie kitas.
Bet koks judesys, nukreiptas prieš šias ašis, gali greitai padidėti ir sukelti daug sudėtingesnį judėjimą.
Pavyzdžiui, besisukantis viršūnėlis kliba, bet kai svorio centras yra vienoje linijoje su sukimosi ašimi, jis nustoja judėti.
Projektuojant besisukančias sistemas, reikia atsižvelgti į objekto ir jo pagrindinių ašių stabilumą, kad jos veiktų gerai ir saugiai.
Inercijos momentas ir sukimosi ašis
Inercijos momentas yra būdas išmatuoti sukimosi inerciją, kuri yra pasipriešinimas kampinio greičio pokyčiams aplink fiksuotą ašį.
Tai rodo, kiek masės yra šalia sukimosi ašies ir kiek masės yra toliau.
Inercijos momentą mažiau veikia masės, esančios arti ašies, ir daugiau masės, esančios toliau.
Sukimosi kinetinės energijos lygties integrali forma gali būti naudojama inercijos momentui nustatyti.
Taip yra todėl, kad inercijos momentas ir kampinio greičio kvadratas yra tiesiogiai susiję.
Inercijos momentų skaičiavimas
Sukimosi kinetinės energijos lygties integrali forma gali būti naudojama inercijos momentui nustatyti.
Naudodami šią lygtį galite nustatyti standžių kūnų, turinčių taisyklingų formų, pavyzdžiui, cilindrų ir sferų, inercijos momentą.
Eksperimentais galima rasti skirtingų formų kūnų inercijos momentą.
Fizinė inercijos momento reikšmė yra ta, kad jis parodo, kaip sunku pakeisti objekto sukimosi aplink ašį būdą.
Objektai, kurių masė didesnė toliau nuo savo ašies, turės didesnį inercijos momentą ir bus sunkiau pasukami nei objektai, kurių masė mažesnė, esantys toliau nuo savo ašies.
Inercijos momento taikymai
Inžinerijoje ir fizikoje inercijos momentas yra labai svarbi sąvoka.
Jis naudojamas, pavyzdžiui, projektuojant variklius, turbinas ir kitas mašinas bei įrankius su judančiomis dalimis.
Inžinieriai taip pat naudoja inercijos momentą, kad išsiaiškintų, kokie stabilūs yra daiktai, kai jie sukasi aplink ašį.
Be to, inercijos momentas naudojamas išsiaiškinti, kiek sukimo momento reikia, kad objektas judėtų tam tikru būdu.
Sukimo momentas ir kampinis momentas
Sukimo momentas yra būdas išmatuoti jėgą, galinčią ką nors pasukti aplink ašį.
Kuo sunkiau objektui įgyti kampinį pagreitį, tuo didesnė jo sukimosi inercija.
Tai besisukančios sistemos savybė, kuri priklauso nuo to, kaip pasiskirsto sistemos masė.
Sukimosi pusiausvyra
Sistemai, kuri sukasi, sukimosi pusiausvyros idėja yra tokia pati kaip pirmasis Niutono dėsnis.
Jei kažkas nesisuka, jis taip ir liks, nebent išorinė jėga to pakeis.
Taip pat objektas, besisukantis pastoviu kampiniu greičiu, toliau suksis, nebent jį paveiks išorinė jėga.
Inercijos momentas
Inercijos momentas (I) yra lygus visų elementų masių sumai, padauginusiam jų atstumus nuo sukimosi ašies ir keturis.
Tai yra pagrindinis parametras, leidžiantis suprasti, kaip lengva ar sunku pakeisti tai, kaip kažkas sukasi.
Bendras sukimo momentas, kurį išorinės jėgos veikia sistemą, yra lygus I padauginus iš jos kampinio pagreičio.
Jei kėbulą veikiantys sukimo momentai nėra subalansuoti, vadinasi, bendras sukimo momentas nėra lygus nuliui, kėbulas suksis greičiau.
Antrasis Niutono sukimosi dėsnis parodo, kaip tai veikia.
Kampinio momento išsaugojimas
Kai nėra sukimo momentų iš išorės, bendras sistemos kampinis momentas išlieka toks pat.
Tai reiškia, kad jei aplink tašką fiksuotoje inercinėje atskaitos sistemoje nėra grynojo išorinio sukimo momento, dalelių sistemos kampinis momentas aplink tą erdvės tašką išliks toks pat.
Linijinio momento ir jėgos sukimosi versijos yra sukimo momentas ir kampinis momentas.
Naudojimo atvejai
| Naudojamas: | Apibūdinimas: |
|---|---|
| Robotika | Sukimosi ašis naudojama valdyti roboto sąnarių ir rankų judėjimą. Valdydami sukimosi ašį inžinieriai gali užprogramuoti robotus, kad jie tiksliai ir tiksliai atliktų sudėtingas užduotis. Pavyzdžiui, sukimosi ašis naudojama valdyti, kaip roboto ranka juda, kai suvirina automobilio dalis surinkimo linijoje. |
| Turbo mašinos | Turbinos, kompresoriai ir kitos turbo mašinos naudoja sukimosi ašį, kad perduotų energiją tarp judančių ir nejudančių dalių. Inžinieriai turi kruopščiai suplanuoti sukimosi ašies formą ir vietą, kad įsitikintų, jog mašina veikia kuo geriau ir efektyviau. |
| Lėktuvas | Sukimosi ašis yra pagrindinė jų konstrukcijos ir stabilumo dalis. Kad plokštuma būtų stabili ir lengvai valdoma, jos svorio centras turi būti vienoje linijoje su sukimosi ašimi. Inžinieriai naudoja sukimosi ašį, kad išsiaiškintų inercijos momentus ir suprojektuotų orlaivio valdymo sistemas. |
| Civilinė inžinerija | Tokios konstrukcijos kaip tiltai, pastatai ir užtvankos gaminamos atsižvelgiant į sukimosi ašį. Inžinieriai turi įsitikinti, kad sukimosi ašis yra vienoje linijoje su laikančiomis dalimis, kad įsitikintų, jog konstrukcija yra stabili ir tvirta. |
| Elektros tyrimas | Varikliai ir generatoriai gaminami atsižvelgiant į sukimosi ašį. Elektros variklyje arba generatoriuje rotorius sukasi aplink sukimosi ašį, kad pagamintų elektros energiją. Inžinieriai turi suprojektuoti sukimosi ašį taip, kad būtų kuo mažiau trinties ir būtų atlikta daugiausiai darbo. |
Išvada
Apibendrinant galima pasakyti, kad sukimosi ašis yra labai svarbi inžinerinė koncepcija, kuri gali daug pasakyti apie tai, kaip daiktai juda, kai jie sukasi.
Žinodami sukimosi ašį, galite tiksliau ir tiksliau analizuoti ir projektuoti mašinas, todėl sukursite geriau ir efektyviau veikiančias konstrukcijas.
Tačiau ne tik naudinga, bet ir sukimosi ašis primena, kokia graži ir sudėtinga yra gamta.
Sukimosi ašis yra visų sukimosi judesių centre – nuo grakščios viršūnės sukimosi iki galingo turbinos judėjimo.
Tai sujungia mus su mus supančiu pasauliu tokiais būdais, apie kuriuos mes net nežinome.
Taigi, kai kitą kartą pamatysite ką nors besisukantį, pagalvokite apie nematomą ašį, aplink kurią jis sukasi, ir pagalvokite, kokios nuostabios ir sudėtingos yra mūsų pasaulį formuojančios jėgos.
Pasidalinti…
