Kodėl norint atsukti varžtą reikia mažiau jėgos nei panaudojote jam prisukti?

Kodėl norint atsukti varžtą reikia mažiau jėgos nei panaudojote jam prisukti?

Tikriausiai esate pastebėję šį fenomeną – norint atsukti varžtą reikia mažiau pastangų nei jį tinkamai priveržti. Lygiai tą patį patiriate ir kaskart atsukdami butelį – net jei jį patys labai stipriai užsukote, atsukti jį yra kur kas lengviau. Bet kodėl taip yra? Tai yra svarbesnis klausimas, nei jums atrodo.

Automobilių (ir kitos technikos) gamintojai nurodo, su kokia jėga turi būti prisukti įvairūs varžtai ir veržlės. Kai kurie žmonės mano, kad tos rekomendacijos nėra jau tokios svarbios – tiesiog reikia priveržti kiek įmanoma stipriau ir viskas – kaip atsisuks varžtas ar veržlė, jei juos priveržėte iš visų jėgų? Gamintojai reikalavimus nurodo ne šiaip sau. Jei priveršite per tvirtai, galite pažeisti detalę – gali neatlaikyti sriegis. Jei priveršite per silpnai – varžtas su laiku atsipalaiduos.



Iš tiesų, šis fenomenas atrodo keistas. Juk jei prisukote varžtą su, pavyzdžiui, 100 nm jėgos momentu, tai 100 nm turėtų reikėti ir norit varžtą atsukti. Tačiau taip toli gražu nėra. Įvairūs bandymai parodė, kad varžtui atsukti reikia 10-20 % mažiau pastangų nei jų reikėjo jam priveržti. Lygiai taip pat reikia daugiau pastangų norint tvirtai užsukti butelį, nei vėliau reikės jam atsukti. Tačiau jei gerai apie tai pagalvosime, iš tiesų tai visai logiška.

Atsukti varžtą (ar butelį) visada lengviau nei jį prisukti. (U.S. Navy photo, Wikimedia)

Sriegis yra ne kas kita kaip pleištas. Jei stebuklingai ištiestume varžto sriegį, gautume į viršų nukreiptą tiesę – kitaip tariant, paprastą pleištą. Taigi, kai varžtą priveržinėjame šį pleištą stumiame po kitų pleištu (veržlėje ar skylėje esančiais sriegiais). Tai yra tarsi kokio nors svorio stūmimas į kalną. Kai varžtą bandome atlaisvinti, šie pleištai vien dėl savo formos atsiskiria nesunkiai – tuomet tą svorį tarsi imame traukti žemyn.

Tarp suspaustų savo pirštų įstumkite smailų pieštuko galą, o tada jį ištraukite. Pastebėsite, kad jį ištraukti visada yra lengviau, nes tai taip pat yra pleištas. Lygiai toks pat principas veikia ir varžtus.

Tiesa, reikėtų nepamiršti ir medžiagų elastingumo. Priverždami varžtą mes suspaudžiame metalą – jį veikia stresas. Jei nepersistengėte, šis stresas nei varžto, nei kitų detalių pažeisti neturėtų, tačiau pats varžtas įsitempia, o metalas po varžto galvute – susispaudžia. Tai yra elastinė deformacija – medžiagos veikia kaip spyruoklės. Taigi, ir varžtas, ir metalas, į kurį jis yra įsuktas, nori sugrįžti į pirminę padėtį. Šis spyruoklės efektas tarsi stumia varžtą šalin ir padeda jį išjudinti – paleisti suspaustą spyruoklę yra lengviau nei ją suspausti.

Galiausiai, visi šie principai galioja tik su sąlyga, kad varžtai ir veržlės naudojami teisingai. Kartais norint atsukti per daug priveržtus varžtus reikia daugiau jėgos nei įprastai, nes sriegiai būna per daug įsitempę.



Taip pat skaitykite:

Automobilių galia prieš sukimo momentą – ką reiškia šie skaičiai ir į kurį reikėtų labiau atkreipti dėmesį?

Paprastai apie tai, kas yra hidrosmūgis;

Kodėl būtina paisyti gamintojo nurodytų tempiamo krovinio svorio apribojimų?

Ar galima vairuojant automobilį su mechanine transmisija praleidinėti pavaras? 

Ar stabdymas varikliu gadina jūsų automobilį ir trumpina variklio ar kitų detalių gyvenimą?

Galia prieš sukimo momentą – ką reiškia šie skaičiai ir į kurį reikėtų labiau atkreipti dėmesį?

Galia prieš sukimo momentą – ką reiškia šie skaičiai ir į kurį reikėtų labiau atkreipti dėmesį?

Dažnai skaitydami naujienas apie automobilius ar rinkdamiesi naują transporto priemonę matome dvi pagrindines charakteristikas – sukimo momentą ir galią. Visgi, galia skelbimuose, straipsniuose yra išskiriama labiau ir yra tarsi svarbesnė kiekvieno automobilio istorijoje. Kita vertus, mažai kas nežino, jog ir sukimo momentas yra kritiškai svarbus automobilio dinamikai. Tai ką šie rodikliai iš tikrųjų reiškia ir kaip juos suprasti mechanika tik paviršutiniškai suprantantiems žmonėms?

Sukimo momentas ir galia yra tai, ką išvysto variklis, kuomet nuspaudžiate akceleratorių. Potencinė degalų energija vidaus degimo variklyje verčiama kinetine energija, kuri yra reikalinga važiavimui. Taigi, iš tikrųjų turime net kelis terminus, kuriuos reikia žinoti. Juos pateiksime labai suprimityvintai, šis straipsnis nėra skirtas mechaniką ir fiziką labai gerai išmanantiems žmonėms. Jis tik gali užvesti ant kelio tolimesniam skaitymui ir domėjimuisi.



Energija galima vadinti kūno galimybes atlikti darbą arba išskirti šilumą. Šiuo atveju energijos varikliui suteikia degalai arba baterijos, jei kalbame apie elektromobilius.

Darbas apibrėžiamas kaip kūną veikiančios jėgos modulio ir kūno poslinkio sandauga. Darbas gali būti matuojamas niutonmetrais.

Sukimo momentas – rotacinė variklio alkūninio veleno jėga. Kuo didesnį sukimo momentą išvysto variklis, tuo daugiau darbo jis gali nuveikti. Sukimo momentas yra vektorinis, turi kryptį ir yra matuojamas niutonmetrais. Niutonas – jėgos vienetas, o metras – nuotolio.

Galia – kaip greitai darbas yra atliekamas (fizikams toks paaiškinimas tikriausiai nepatiktų). Jamesas Wattas, kurio vardu ir pavadintas galios matavimo vienetas, nurodė, kad 1 arklio galio pakanka 33 tūkstančiams svarbų pakelti į vienos pėdos aukštį per vieną minutę.

Vilkikai turi mažiau galios nei naujausi Ferrari automobiliai, bet patempti gali kur kas daugiau dėl didelio sukimo momento. (Martin Addison, Wikimedia(CC BY-SA 2.0)

Taigi, sukimo momentas yra reikalingas šiam svoriui pakelti apskritai, o galia – pakelti greitai. Aukštą sukimo momentą ir labai mažai galios turintis kūnas (variklis) gali pakelti didžiulius svorius, tačiau tai darytų labai lėtai. Tuo tarpu daug galios, bet žemą sukimo momentą turintis kūnas didelio svorio pakelti apskritai negalėtų arba tai darydamas labai persitemptų, kol būtų pasiektas tam tikras greitis.

Bet fiziką į šalį. Egzistuoja ir daugybė pusiau tikslių paaiškinimų, kurie vaizdžiai iliustruoja ką reiškia galia, o ką – sukimo momentas. Dažnai teigiama, kad kada sunku, viską nudirba sukimo momentas. Tai yra, iš vietos greičiau pajudės tas automobilis, kuris turi aukštesnį sukimo momentą. Taip pat aukštas sukimo momentas yra reikalingas tempiant priekabas ar bėgėjantis iki itin aukšto greičio, kuomet oro pasipriešinimas pasidaro labai stiprus.




Aukštą sukimo momentą turi traktoriai ir vilkikai dėl labai akivaizdžių priežasčių. Pavyzdžiui, Volvo FH vilkikas su D16G varikliu išvysto 2650 Nm sukimo momentą ir 540 AG galią. Galia visai ne įspūdinga, o tuo tarpu sukimo momentas yra didžiulis tam, kad vilkikas galėtų tempti sunkius krovinius. 540 AG išvystė ir 2010-ųjų Ford Mustang GT500, tačiau turėjo tik 691 Nm sukimo momentą. Pajudinti tokį automobilį iš vietos yra mažesnis darbas nei vilkiką.

Kitas pavyzdys – Mazda RX-8. Rotorinis 1,3 litrų variklis išvystė 186-225 AG, tačiau sukimo momentas išliko gana žemas – apie 216 Nm. Tai vis tiek buvo smagus sportinis automobilis su neeiliniu charakteriu, tačiau daug noro staiga šauti iš vietos jis tikrai nerodė.

Mazda RX-8 turėjo rotorinį variklį, kuris gali išvystyti daug galios iš mažo darbinio tūrio, bet didelio sukimo momento neturėjo. (IFCAR, Wikimedia)

Taip pat svarbu paminėti, kad tiek galia, tiek sukimo momentas nėra pastovūs dydžiai, jei kalbame apie vidaus degimo variklius. Jie svyruoja priklausomai nuo apsukų. Minėtas RX-8 maksimalų sukimo momentą išvystė tik prie 7600 apsisukimų per minutę, todėl reikėjo stipriai paspausti, kol automobilis tikrai pradėjo traukti.

Galiausiai, dažnai sakoma, kad galia nurodo kaip greitai atsitrenksite į sieną, o sukimo momentas – kaip toli tą sieną su savimi nusitempsite. Renkantis sportinį automobilį reikės atkreipti dėmesį į abu šiuos dydžius bei gerai suvokti, kokio charakterio automobilio jums reikia – tokio, kurio variklis tingiai suktųsi, bet leistų automobiliui įspūdingai šauti iš vietos, ar tokio, kuris mėgtų aukštus sūkius ir nuolatinį darbą ant ribos?



Dar pora straipsnių apie automobilius žaliems:

Paprastai apie tai, kas yra hidrosmūgis ir kodėl nereikėtų važiuoti net per menkai apsemtas gatves (Video)

Ar stabdymas varikliu gadina jūsų automobilį ir trumpina variklio ar kitų detalių gyvenimą? (Video)

Apie Nodum

Nodum.lt - įdomiems skaitiniams skirtas puslapis. Čia reguliariai publikuojami straipsniai apie naujausias technologijas, mokslo pasiekimus, automobilių pasaulio naujienas ir kultūrą, patarimus ir visokias internete aptinkamas įdomybes. Didžiausias dėmesys skiriamas žmonėms, kurie kuria, keliauja, myli savo darbą, įdomioms lankytinoms vietoms ir pomėgiams. Nodum.lt - įvairenybių mazgas, jei veikiate ką nors įdomaus, apie ką norėtumėte papaskoti - susisiekite su mumis per mūsų Facebook puslapį ar elektroniniu paštu - nodum2017@gmail.com.