Kodėl sunkesnis plaktukas įkala vinis giliau?
Trumpas atsakymas: Sunkesnis plaktukas įkala vinis giliau, nes smūgio metu suteikia viniai daugiau energijos ir impulso. Ta papildoma energija ir impulsas stumia vinį giliau į medieną, kol plaktukas sustoja.
Ką tai reiškia?
Kai mostelėjate plaktuku, jis turi kinetinę energiją (judėjimo energiją) ir impulsą (masės ir greičio sandaugą). Esant tokiam pačiam mosto greičiui, sunkesnis plaktukas turi daugiau kinetinės energijos ir didesnį impulsą nei lengvesnis. Smūgio metu ši energija naudojama viniai įstumti į medieną ir įveikti trintį bei medienos pasipriešinimą.
Vinis sustoja, kai plaktuko energija išeikvojama arba kai jėgos subalansuojasi. Sunkesnis plaktukas vienu smūgiu atiduoda daugiau stūmimo energijos, todėl vinis įsminga giliau. Jei lengvu plaktuku mostelėsite daug greičiau, tai gali padėti, tačiau sunkesnis plaktukas vis tiek paprastai stumia stipriau, nes tuo pačiu greičiu jis perneša daugiau energijos.
Be to, dalis energijos prarandama garso, šilumos ir lenkimo būdu, todėl ne visa plaktuko energija įkala vinį.
Ką sako fizika
Įvardyti dėsniai / principai: Šis efektas paaiškinamas darbo ir energijos principu bei judesio kiekiu ir impulsu, kurie kyla iš Niutono dėsnių.
Kinetinė energija lygi 1/2 × masė × greitis^2, taigi, esant fiksuotam smūgio greičiui, plaktuko kinetinė energija auga proporcingai jo masei. Šią energiją galima paversti darbu (jėga × atstumas), kad vinis būtų įstumta į medieną. Taip pat svarbūs judesio kiekis (masė × greitis) ir impulsas (jėga, veikianti per trumpą laiką): sunkesnis plaktukas paprastai turi didesnį judesio kiekį ir trumpo susidūrimo su vinimi metu gali sukurti didesnę vidutinę smūgio jėgą.
Smūgio metu dalis energijos prarandama dėl garso, šilumos ir plaktuko, vinies bei medienos deformacijos, todėl ne visa kinetinė energija tampa varomuoju darbu. Energijos balansas ir susidūrimo laikas kartu paaiškina, kodėl sunkesni plaktukai paprastai įkala vinis giliau nei lengvesni tuo pačiu smūgio greičiu.
Kaip mes tai žinome: fizikai ir inžinieriai matuoja smūgio jėgas ir vinies gylį kontroliuojamų smūgių metu ir lygina juos su prognozėmis, gautomis iš energijos ir judesio kiekio lygčių . Didelės spartos kameros ir jėgos jutikliai taip pat rodo didesnes sunkesnių plaktukų jėgas realių smūgių metu .
Pastebėk aplink
- Karkasinis plaktukas (sunkesnis) įkala karkasines vinis giliau nei apdailos plaktukas (lengvesnis).
- Kemperis efektyviau įkala tvoros stulpus ar kuolus į žemę nei mažas plaktukas.
- Statybinės polių kalimo mašinos naudoja labai sunkius svarmenis, kad įstumtų polius giliai į dirvą.
- Sunkesnis plaktukas naudojamas sunkioms jungtims įtvirtinti medienos apdirbimo srityje, palyginti su lengvu guminiu plaktuku.
Išbandymas
Sunkaus ir lengvo plaktuko palyginimas
Sauga: Dėvėkite apsauginius akinius ir paprašykite suaugusiojo šalia būti šalia; laikykite pirštus atokiau nuo vinies.
Priemonės
- du skirtingos masės plaktukai
- kelios vienodos vinys
- medžio atraižos gabalas
- liniuotė
- žymeklis
Žingsniai
- Pažymėkite vienodus pradžios taškus ant medžio vinims įkalti, kad kiekviena vinis prasidėtų toje pačioje vietoje.
- Lengvesniu plaktuku įkalkite vinį su tokiu pačiu smūgių skaičiumi (pavyzdžiui, penkiais smūgiais). Išmatuokite ir užrašykite, kaip giliai įkalta vinis.
- Pakartokite naudodami sunkesnį plaktuką su tuo pačiu smūgių skaičiumi į naują vinį.
- Palyginkite išmatuotus gylius ir pakartokite kiekvieną bandymą vieną ar du kartus, kad gautumėte nuoseklumą. Ką rodo: Esant tokiam pačiam smūgių skaičiui ir panašiam smūgio greičiui, sunkesnis plaktukas paprastai įkala vinį giliau.
Žodžiai, kuriuos verta žinoti
- Kinetinė energija: energija, kurią objektas turi dėl judėjimo.
- Impulsas: judėjimo matas, lygus masei, padaugintai iš greičio; sunkesni judantys objektai turi didesnį impulsą.
- Impulsas: judesio kiekio pokytis dėl veikiančios jėgos laikui bėgant; stipresnės arba ilgesnės jėgos suteikia didesnį impulsą.
- Darbas: jėga, padauginta iš atstumo; kiek energijos sunaudojama norint ką nors perkelti tam tikru atstumu.
Dažni klausimai
Ar greitis yra svarbesnis už svorį?
Abu yra svarbūs; kinetinė energija priklauso nuo greičio kvadrato ir masės tiesiškai, todėl greičio didinimas padeda, bet masė vis tiek yra svarbi.
Ar labai sunkus plaktukas gali būti blogesnis?
Taip – per sunkų plaktuką gali būti sunku valdyti, jis gali sugadinti gaminį arba sukelti sužalojimą.
Kodėl dailidės kartais naudoja lengvesnius plaktukus?
Lengvesni plaktukai suteikia geresnę kontrolę įkalant mažas vinis ir atliekant apdailos darbus, kur svarbi išvaizda.