雨伞的结构与奇妙的力学有相关联系

2019-09-18 28

  早在4000年前,中国就现已发明晰伞。《史记》记载,最早的伞叫“盖”,原文为:“五大夫之相秦也,劳不坐乘,暑不张盖。”其间的“盖”字,指的即是伞,是避暑用的。还有比如:“孔子将行,雨而无盖。”这儿说的即是雨伞了。《伞物记源》说到,古时的伞最初多为丝帛制做,纸发明后便呈现纸伞,宋代称为绿油纸伞。后来不只用来挡雨,也用来遮阳。而且,伞的巨细还可以显现位置。

  雨伞是日子中不行缺少的物品,用来遮风、挡雨和防晒。从构造上雨伞可分为手动式、半主动式和全主动式三种。手动式雨伞的开、合都需求人工手动来完结。半主动雨伞可主动翻开,收起则需人工完结。全主动雨伞的开、合均可主动完结。其间,半主动雨伞是最常见的一种,其构造如所示。

  雨伞的构造

  雨伞的主体构造由伞柄、伞骨、伞面三有些构成。伞柄是雨伞的主心骨,对雨伞全体起支撑效果。伞骨支撑整个伞面,负责伞面的开合。伞面则起着挡雨遮阳的效果。

  伞柄上有一根强力紧缩绷簧,雨伞恰是依托它强壮的弹力将伞面撑开的。但是,仔细观察咱们会发现,绷簧的两头均不固定,其本身可沿着伞柄全体上下滑动,绷簧在撑开雨伞的一起,将本身也举了起来。试想,绷簧本身是有分量的,伞面和伞骨也有分量,为何绷簧不光能战胜本身的分量,还能战胜伞面和伞骨的压力将本身举起,将雨伞撑开呢?乍一看,这好像违反了万有引力定律。在重力的效果下,绷簧怎么可能自举呢?

  雨伞构造看似简略,本来它里边包括了奇妙的力学原理,现具体剖析如下。

  雨伞具有伞柄呈附近放射状对称的构造,咱们沿一对儿伞骨画出雨伞的纵剖面图,如图2所示,图中字母标记的各点均由铰链衔接。

雨伞厂

  雨伞纵剖面图

  假定伞面、伞骨和绷簧的等效总分量为G,如果雨伞共有n根伞骨,则每根伞骨遭到的压力相当于在图中的M、N两点别离挂了一个分量为G/n的重物。

  为了便于剖析,将上图做进一步简化,如图3所示。将假定的重物移到A、B两点,这么就可以只思考伞骨的纵向效果力,而不用再思考伞骨的横向应力了。

  在M点悬挂G/n的重物,相当于在A点挂了G'/n的重物,此改动关于绷簧受力来说是等效的。

  雨伞纵剖面简化图

  此刻,绷簧处于紧缩状态,设弹力巨细为F。F一起效果于C点和D点,方向如图3中所示。F在C点沿伞骨CA、CB方向分解为F1和F2两个力,在D点沿伞骨AD、BD方向分解为F3和F4两个力。

  因为α > β,所以F1 > F3。

  F1、F3沿伞骨CA和DA传递到A点,F2、F4沿伞骨CB和DB传递到B点。先对A点进行受力剖析,A点受力状况如图4所示。(图中,F?0为OA段伞骨对A点的拉力。)

  A点受力求

  将A点遭到的四个力别离沿水平缓竖直方向正交分解。(设,水平方向向左为正方向,竖直方向向上为正方向。)

  雨伞要想撑开,A点有必要向左上方运动,所以请求A点水平缓竖直方向的力均大于零。

  B点受力剖析与A点一样。

  雨伞在撑开的过程中,绷簧逐步伸长,C、D两点沿伞柄向上移动,伞骨AC和BC由挨近竖直变为水平方向。

  绷簧长度的改变规模,最初为(AD-AC),终究为:

  所以,请求绷簧有必要具有弹性量S,而且其顽强系数要足够大。

  理论上,雨伞合拢后,一切伞骨都是竖直的,α、β、γ均为0。此刻,F不管多大都无法撑开雨伞。而实际上,雨伞尽管合拢了,A、B两点不行能彻底落在伞柄OD上,所以,伞骨不行能彻底竖直,只需F初始值足够大,就可以将雨伞翻开。

  由以上剖析可见,伞骨和绷簧构成的特别构造是绷簧可以自举,雨伞可以撑开的关键所在。伞骨和伞面尽管对绷簧产生了压力,但一起也给了绷簧以支撑,只需绷簧的弹力足够大,就能将本身举起,将雨伞撑开。

  文章源自:雨伞厂      http://www.gdjs88.com/


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