Skip to content
Graad 8 · Meganiese Stelsels & Beheer · Kwartaal 3 · Les 1

Eenvoudige Masjiene & Ratte

Wigge, wiele en asse, ratte en nokke — elke komplekse masjien is eintlik net 'n kombinasie van eenvoudige meganismes. Leer hoe hulle krag vermenigvuldig, spoed verander, of rigting van beweging verander.

Hersiening: meganiese voordeel

'n Goed-ontwerpte masjien gee ons meganiese voordeel (MV) — dit laat 'n kleiner inspanningskrag toe om 'n groter las te beweeg of te oorkom. 'n Masjien skep nie energie uit niks nie; dit verander bloot die grootte of rigting van 'n krag, gewoonlik deur krag vir afstand te verruil (of andersom). Elke komplekse masjien — 'n motorenjin, 'n robotarm, 'n fiets — is opgebou uit kombinasies van net 'n handjievol eenvoudige meganismes.

Die wig

'n Wig is eintlik twee skuinsvlakke (hellings) wat rug-aan-rug saamgevoeg is, en wat afsmal na 'n dun rand. Om 'n wig 'n lang afstand sywaarts te stoot, forseer voorwerpe uitmekaar met 'n baie groter krag oor 'n kort afstand — dis meganiese voordeel in werking.

'n Wig ruil 'n klein krag oor 'n lang stoot om vir 'n groot krag oor 'n kort (splitsende) afstand.

Die wiel en as

'n Wiel en as is 'n meganisme waar 'n groot wiel aan 'n kleiner as (of skag) vas is sodat hulle saam draai. Om die wiel met 'n klein inspanning aan sy rand te draai, lewer 'n baie groter draaikrag by die as — hoe groter die wiel is in vergelyking met die as, hoe groter die meganiese voordeel.

Van fiets tot inkopietrollie: 'n fiets se pedaal-en-kruk-stel draai 'n klein kettingwiel (soos 'n wiel-en-as-stelsel wat omgekeerd werk, en krag vir spoed verruil), terwyl 'n skroewedraaierhandvatsel, 'n deurknop, en 'n inkopietrollie se wiele almal alledaagse wiel-en-as-stelsels is wat draai of rol makliker maak.

Ratte: wiele met wiggies as tande

'n Rat is bloot 'n wiel met tande wat in sy rand gesny is — en elke tand is 'n klein wiggie. Wanneer twee reguittandratte (ratte met reguit tande wat parallel aan die as gesny is) inmekaar hak, stoot hul tande teen mekaar.

Wanneer twee reguittandratte inmekaar hak, veroorsaak dit altyd teendraaiing — die gedrewe rat draai in die TEENOORGESTELDE rigting as die dryfrat.

Soms wil ons hê die gedrewe rat moet in dieselfde rigting as die dryfrat draai. Om dit te doen, plaas ons 'n derde rat — 'n tussenrat — tussen die dryfrat en die gedrewe rat. Die tussenrat verander nie die spoedverhouding tussen die dryfrat en die gedrewe rat nie; dit keer net die rigting 'n tweede keer om, sodat die gedrewe rat op dieselfde manier as die dryfrat eindig om te draai (gesinkroniseerde rotasie).

Waarom die tussenrat taai moet wees: 'n klein tussenrat wat met twee groter ratte inmekaar hak, moet baie meer kere per minuut ronddraai as wat die groter ratte doen. Omdat dit harder werk en meer slytasie ervaar, moet die tussenrat van 'n harder materiaal as die ander ratte gemaak word.

Ratverhoudings

Wanneer twee ratte van verskillende groottes inmekaar hak, verander die grootteverskil beide die spoedverhouding (hoe vinnig een draai in vergelyking met die ander) en die kragverhouding (hoeveel die draaikrag vermenigvuldig word) — en hierdie twee verhoudings verander altyd in teenoorgestelde rigtings.

Dryfrat → Gedrewe ratEffek op spoedEffek op krag
Klein rat dryf 'n groot ratGedrewe rat draai stadigerDraaikrag neem toe (MV > 1)
Groot rat dryf 'n klein ratGedrewe rat draai vinnigerDraaikrag neem af (MV < 1)
Gelykgrootte-ratteDieselfde spoedDieselfde krag (MV = 1)
As krag toeneem, neem spoed af — en andersom. Jy kry nooit altwee gratis nie.

Meganismes wat rigting van beweging verander

Sommige meganismes word spesifiek gebruik om rotasiebeweging (deurlopende sirkelbeweging, soos 'n draaiende as) in wisselbeweging (herhaalde heen-en-weer-beweging, soos 'n naaimasjiennaald) om te sit.

Die nok: 'n nok is 'n spesiaal-gevormde draaiende deel wat 'n volger op en af (of van kant tot kant) stoot terwyl dit draai.

NoktipeVormBeweging geproduseer
Eksentriese wiel'n Sirkelvormige skyf wat van-die-middelpunt-af op sy as gemonteer isGladde, geleidelike styging en daling van die volger
Slaknok'n Spiraalvormige, slakdop-gevormde profielStadige geleidelike styging, gevolg deur 'n skielike val terug na die begin

Die kruk: 'n kruk is 'n aanpassing van 'n tweedeklas-hefboom, gebuig in 'n regte-hoek-handvatsel wat aan 'n draaiende as vasgemaak is. Net soos 'n nok, verander 'n kruk rotasiebeweging in wisselbeweging (of andersom) — dit is presies hoe die op-en-af-beweging van 'n suier in 'n motorenjin omgeskakel word in die rotasiebeweging wat die wiele draai.

Onthou: nokke en krukke koppel altwee rotasiebeweging aan wisselbeweging, maar 'n nok se volgerbeweging hang heeltemal af van die vorm van die nokprofiel, terwyl 'n kruk gladde, eweredig-gespasieerde wisselbeweging lewer omdat dit bloot 'n verplaaste draaipunt is.

Rattreinsimulator

Kies die grootte van die dryfrat en die gedrewe rat, en skakel die tussenrat aan of af. Kyk na die rigting van rotasie en lees die lewendige spoedverhouding.

Voorspel eers: 'n Klein dryfrat draai 'n groot gedrewe rat. Sal die gedrewe rat vinniger of stadiger draai, en in watter rigting? Toets dit dan: Stel 'n klein dryfrat en 'n groot gedrewe rat, en voeg dan die tussenrat by.
Dryfrat-grootte (tande)
Gedrewe-rat-grootte (tande)
Tussenrat

Nokke, krukke en die wig

Draaibeweging word op-en-af-beweging, en 'n klein druk word 'n groot lig.

Voorspel eers: Watter nok laat die volger skielik val, en watter een laat dit stilstaan? Toets dit dan: Laat elke nok draai en kyk na die grafiek, en probeer dan die kruk en die wig.
0/6
Gaan die verduidelikings hierbo na.
Beantwoord in jou oefeningboek.
Vraag 1 · (3 punte)
Gee een alledaagse voorbeeld elk van 'n wig, 'n wiel en as, en 'n nok, en verduidelik kortliks wat elke voorbeeld doen.
Vraag 2 · (4 punte)
Twee reguittandratte hak direk inmekaar sonder 'n tussenrat. (a) In watter rigting draai die gedrewe rat relatief tot die dryfrat? (b) Verduidelik, deur die idee van rattande as klein wiggies te gebruik, waarom dit gebeur.
Vraag 3 · (3 punte)
Verduidelik waarom 'n tussenrat wat tussen 'n dryfrat en 'n gedrewe rat geplaas word, van 'n harder materiaal as die ander twee ratte gemaak moet word.
Vraag 4 · (4 punte)
'n Klein dryfrat hak inmekaar met 'n baie groter gedrewe rat. (a) Draai die gedrewe rat vinniger of stadiger as die dryfrat? (b) Neem die kragverhouding toe of af? (c) Verduidelik die verband tussen jou antwoorde op (a) en (b).
Vraag 5 · (4 punte)
Vergelyk 'n nok en 'n kruk: watter tipe beweging skakel elkeen rotasiebeweging in om, en hoe verskil 'n eksentriese-wiel-nok van 'n slaknok in die beweging wat dit produseer?