Cómo calcular una palanca de tercera clase donde la fuerza de empuje o tracción está en ángulo
Anteriormente hemos escrito sobre palancas de tercera clase en otro artículo y creamos una calculadora en línea para ellas (enlace a continuación).
Artículo y calculadora de palanca de tercera clase
Sin embargo, en este artículo le ayudamos a comprender lo que sucede con los requisitos de la fuerza cuando se aplica la fuerza de empuje o tracción aplicada en ángulo.
Cuando se aplica una fuerza en un ángulo al brazo de la palanca en una palanca de segunda clase, se puede dividir en dos componentes: un componente perpendicular y un componente paralelo en relación con el brazo de la palanca. El componente perpendicular de la fuerza es responsable de crear el par que mueve la carga, mientras que el componente paralelo empujará el brazo de palanca hacia los lados.
Para calcular la fuerza requerida para mover la carga en una palanca de tercera clase cuando la fuerza se aplica en un ángulo, la trigonometría se usa para determinar la magnitud del componente perpendicular de la fuerza.
¿Cómo calcular la fuerza requerida?
Para calcular la fuerza requerida para una palanca de tercera clase cuando la fuerza requerida está presionando en un ángulo, puede usar la siguiente fórmula:
F = (w1 * l1) / (l2 * sin (theta) + l1 * sin (phi)))
dónde:
- F es la fuerza requerida para mover la carga, en Newtons
- W1 es el peso de la carga, en Newtons
- L1 es la distancia desde el punto de apoyo hasta la fuerza, en metros
- L2 es la distancia desde el punto de apoyo hasta la carga, en metros
- Theta es el ángulo entre el brazo de la palanca y la fuerza, en radianes
- Phi es el ángulo entre el brazo de la palanca y la carga, en radianes
La fórmula para calcular la fuerza requerida para una palanca de tercera clase cuando la fuerza requerida está empujando en un ángulo es similar a la fórmula para una palanca de segunda clase, excepto que se agrega un término adicional para dar cuenta del ángulo entre el brazo de la palanca y la carga.
¿Qué pasa si la palanca también está en ángulo? ¿Cómo afecta esto el cálculo?
Si la palanca también está en ángulo en el sistema de palanca de tercera clase, el cálculo de la fuerza requerida para mover la carga será más compleja, ya que implicará múltiples ángulos.
En general, si el brazo de palanca también está en ángulo, el componente perpendicular de la fuerza aplicado al brazo de palanca se verá afectado por el ángulo entre el brazo de la palanca y la fuerza, así como el ángulo entre el brazo de la palanca y la carga .
Para calcular la fuerza requerida para mover la carga en un sistema de palanca de tercera clase con la fuerza y el brazo de palanca en un ángulo, se puede usar la misma fórmula:
F = (w1 * l1) / (l2 * sin (theta) + l1 * sin (phi)))
Sin embargo, los ángulos Theta y Phi deberán ajustarse para tener en cuenta el ángulo del brazo de la palanca.
Si el brazo de palanca en un sistema de palanca de tercera clase está en un ángulo de 45 grados, el cálculo de la fuerza requerida para mover la carga dependerá de los ángulos entre el brazo de la palanca, la fuerza y la carga.
Suponiendo que el ángulo entre la fuerza y el brazo de la palanca es theta, y el ángulo entre la carga y el brazo de palanca es Phi, el cálculo de la fuerza requerida para mover la carga en un sistema de palanca de tercera clase con un brazo de palanca en un Se puede escribir un ángulo de 45 grados como:
F = (w1 * l1) / (l2 * sin (theta + 45) + l1 * sin (phi - 45)))
Aquí, los ángulos Theta y Phi se ajustan agregando o restando 45 grados para dar cuenta del ángulo de 45 grados del brazo de la palanca.
Para calcular la fuerza requerida para mover la carga, deberá medir o calcular los valores para L1, L2, W1, Theta y Phi, y conectarlos a la fórmula para resolver F.
Tenga en cuenta que esto es solo un ejemplo, y el cálculo específico para una situación dada puede variar según los ángulos y mediciones específicas involucradas en el sistema de palanca.
¿Cuál sería una aplicación típica para una palanca de tercera clase donde la fuerza de empuje está en ángulo?
Una aplicación típica para una palanca de tercera clase donde la fuerza de empuje está en un ángulo es un brazo humano.
En el brazo humano, la articulación del codo actúa como el fulcro, y el músculo bíceps se une al hueso del antebrazo (carga) y lo tira para generar una fuerza de elevación. Sin embargo, el músculo bíceps se encuentra en la parte delantera del brazo, mientras que la carga se encuentra en la parte posterior del brazo. Esto significa que el músculo bíceps ejerce una fuerza sobre el brazo en ángulo, lo que crea un sistema de palanca de tercera clase.
Cuando el músculo bíceps se contrae, ejerce una fuerza sobre el hueso del antebrazo en ángulo, lo que hace que el antebrazo se mueva hacia arriba. El componente perpendicular de la fuerza generada por el músculo bíceps proporciona el par que mueve el hueso del antebrazo, mientras que el componente paralelo de la fuerza simplemente empuja el hueso de lado.
Al usar un sistema de palanca de tercera clase con la fuerza de empuje en un ángulo, el brazo humano puede mover cargas con más velocidad y rango de movimiento, aunque la compensación es que se requiere más fuerza para levantar el mismo peso en comparación con un sistema de palanca de segunda clase.
¿Cuáles son las ventajas para una palanca de tercera clase donde la fuerza de empuje está en ángulo?
Las ventajas de usar una palanca de tercera clase donde la fuerza de empuje está en un ángulo incluyen:
- Aumento del rango de movimiento: al usar una palanca de tercera clase con la fuerza de empuje en un ángulo, es posible aumentar el rango de movimiento y la precisión del movimiento. Esto se debe a que el brazo de palanca se puede colocar en diferentes ángulos, lo que permite un mayor control sobre la dirección de la fuerza y el movimiento de la carga.
- Velocidad: la palanca de tercera clase con la fuerza de empuje en un ángulo puede permitir movimientos rápidos de la carga, lo que puede ser beneficioso en situaciones donde la velocidad es importante. Esto se debe a que la fuerza requerida para mover la carga se puede aplicar con un movimiento rápido y preciso del brazo de palanca.
- Ventaja mecánica: aunque las palancas de tercera clase con la fuerza en un ángulo requieren más fuerza para mover una carga en comparación con las palancas de segunda clase, aún pueden proporcionar una ventaja mecánica. El brazo de palanca se puede colocar en diferentes ángulos, lo que puede ayudar a aumentar el par y facilitar la carga de la carga con menos fuerza.
- Control mejorado: el ángulo de la fuerza aplicado en una palanca de tercera clase con la fuerza en un ángulo permite un control mejorado sobre el movimiento de la carga. Esto puede ser útil en situaciones en las que la carga debe moverse alrededor de los obstáculos o en espacios estrechos.
En general, el uso de una palanca de tercera clase con la fuerza en un ángulo puede proporcionar un mayor rango de movimiento, velocidad y precisión, al tiempo que proporciona una ventaja mecánica y un mejor control sobre el movimiento de la carga.
