Engineering
Prasa kolanowa
Pchnij kolano siłą kilkuset niutonów i obserwuj, jak rośnie siła nacisku prasy, gdy ramiona się prostują. Przy stali kolano zatrzymuje się tuż przed martwym położeniem; pchnij mocniej albo prasuj drewno, a kolano przejdzie przez martwe położenie i się zablokuje – wyłącz siłownik, a prasa nadal trzyma.
Co się dzieje
Dwa ramiona o długości 0,5 m zwisają z górnego sworznia: górne sięga do kolana, dolne biegnie od kolana do suwaka, który przesuwa się w pionowych prowadnicach nad próbką, ustawioną z pewnym odstępem nad najniższym położeniem suwaka. Tłoczysko siłownika pcha kolano w bok, ku prostej przechodzącej przez górny sworzeń i suwak. W miarę prostowania się ramion ten sam nacisk dociska coraz mocniej: gdy ramiona są odchylone od tej prostej o θ, na próbkę działa S = F/(2·tan θ) plus ciężar suwaka i jednego ramienia.
Przy stali (k = 5·10⁶ N/m) ustawionej 2 mm nad najniższym położeniem suwaka siła 300 N zatrzymuje kolano przy 3,0°, a na próbkę działa 3,07 kN – wzmocnienie siły wynosi 10; przy odstępie 10 mm kolano staje przy 8,0°, a siła wynosi 1,29 kN. Od 471 N w górę kolano przechodzi przez martwe położenie aż do ogranicznika 2° za nim i prasa się blokuje: wyłącz siłownik, a stal nadal przenosi 6,95 kN. Przy bardziej miękkim drewnie już 300 N przeprowadza kolano od razu na drugą stronę. Praca siłownika zamienia się ostatecznie w energię sprężystą próbki i energię potencjalną suwaka oraz ramion.
Model: sztywne ramiona, suwak i tłoczysko połączone przegubami obrotowymi i prowadnicą; próbka to sprężyna z tłumieniem; siłownik pcha z zadaną prędkością i ograniczoną siłą. Bez tarcia.
Co wypróbować
Prasuj stal siłą 300 N i odczytaj siłę nacisku prasy. Zwiększ nacisk powyżej 470 N: kolano przeskakuje przez martwe położenie i się blokuje; wyłącz siłownik.
Równania modułu
Równania y_ram = T − 2L·cos θ S = F/(2·tan θ) + (m_ram + m_link)·g S = k·δ W_F = k·δ²/2 + ΔE_p
