Engineering
Колінний прес
Натисніть на коліно силою в кілька сотень ньютонів і подивіться, як зростає зусилля преса, коли ланки випрямляються. На сталі коліно зупиняється, не дійшовши до мертвої точки; натисніть сильніше або пресуйте дерево, і коліно пройде мертву точку й замкнеться — вимкніть привід, а прес і далі тримає.
Що відбувається
Дві ланки по 0,5 м висять на верхньому шарнірі: верхня — до коліна, нижня — від коліна до повзуна, що ходить у вертикальних напрямних над зразком, установленим із зазором над нижнім положенням повзуна. Шток приводу штовхає коліно вбік, до лінії, що проходить через верхній шарнір і повзун. Що більше випрямляються ланки, то сильніше тисне той самий натиск: коли ланки відхилені від цієї лінії на θ, зразок сприймає S = F/(2·tan θ) плюс вагу повзуна й однієї ланки.
На сталі (k = 5·10⁶ Н/м) із зазором 2 мм над нижнім положенням повзуна 300 Н зупиняють коліно на куті 3,0°, і на зразок припадає 3,07 кН — виграш у силі в 10 разів; за зазору 10 мм коліно зупиняється на куті 8,0° із зусиллям 1,29 кН. Від 471 Н і вище коліно проходить мертву точку та стає на упор, розташований на 2° за нею, і прес замикається: вимкніть привід — сталь і далі несе 6,95 кН. М’якше дерево дає змогу 300 Н одразу перевести коліно через мертву точку. Робота приводу врешті переходить у пружну енергію зразка й потенціальну енергію повзуна та ланок.
Модель: жорсткі ланки, повзун і шток на обертальних шарнірах і в пазу; зразок — пружина з демпфуванням; привід штовхає з обмеженою силою за заданої швидкості. Без тертя.
Що спробувати
Пресуйте сталь силою 300 Н і прочитайте зусилля преса. Підніміть натиск вище 470 Н: коліно проскакує мертву точку й замикається; вимкніть привід.
Рівняння модуля
Рівняння 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
