てこ計算機

てこは、支点と呼ばれる点の周りを回転する剛体の棒です。力を大きくしたり、動きを大きくしたり、力の作用方向を変えたりできます。静止した理想的なてこでは、支点まわりの時計回りと反時計回りのモーメントがつり合います。モーメントはトルクとも呼ばれ、力と支点から力の作用線までの垂直距離の積です。この計算機は、加える力とその腕の長さの積が、荷重の力と荷重側の腕の長さの積に等しいという関係を使います。 したがって必要な力は、荷重に荷重側の腕の長さを掛け、力を加える側の腕の長さで割った値です。力を加える位置を支点から遠ざけるほど、必要な力は小さくなります。例えば、支点から半メートルの位置にある400ニュートンの荷重は、200ニュートンメートルのモーメントを生みます。支点から二メートルの位置なら、100ニュートンで同じモーメントを作れます。理想的な機械的有利さは、力を加える側の腕の長さを荷重側の腕の長さで割った値で、この例では四です。 てこは力点、作用点、支点の位置関係により三種類に分けられます。シーソーやバールのような第一種てこでは、支点が力点と作用点の間にあります。一輪車のような第二種てこでは、荷重が支点と力点の間にあり、通常は力を増幅します。人の前腕のような第三種てこでは、力点が支点と荷重の間にあります。力は増幅しませんが、動く速さと範囲が大きくなります。 理想式は、てこ自体の重さ、曲げ、支点の摩擦、接続部品の変形を無視します。そのため実際の機械では、理想計算よりやや大きな力が必要です。理想的な力を小数で表した効率で割れば、効率を考慮できます。効率80パーセントの機構なら、計算した力を0.8で割ります。設計では力のつり合いだけに頼らず、応力、安定性、安全率も確認しなければなりません。 距離には垂直なモーメントアームを使い、傾いた棒の全長をそのまま使うとは限りません。力が斜めに作用する場合は、支点から力の作用線までの最短垂直距離を使うか、力と半径の積に両者のなす角の正弦を掛けます。この計算機は力がてこに垂直に作用すると仮定します。二つの距離には同じ単位を使ってください。その比は無次元です。力をニュートンで入力すれば結果もニュートンとなり、工具、機構、静力学の演習、実際の持ち上げ作業の明確な初期推定に役立ちます。