Arc

Dezambiguizare - Dacă sunteți în căutarea altor semnificații, consultați Molla (dezambiguizare) .

Molle elicoidal conceput pentru tracțiune.

Arcuri de laborator (Fizică)

Arc arc elicoidal progresiv (conic dublu)

Un arc este un corp care se poate întinde dacă i se aplică o anumită forță și apoi revine la forma sa naturală. Este un obiect de tip elastic, realizat în general din oțel , folosit și optimizat pentru a acumula energie mecanică . În mecanica clasică , arcul ideal este adoptat pentru studiul oscilatorului armonic .

fundal

Izvoarele apar în jurul secolului al XV-lea în lacate și ceasuri. Prin înlocuirea sistemului de greutate care în mod normal făcea să funcționeze ceasurile, cu un mecanism cu arc, ceasornicarii au reușit să fabrice instrumente portabile și fiabile. Taqi al-Din a realizat un ceas de primăvară astronomic în 1559 .

În 1676 , fizicianul englez Robert Hooke a descoperit o relație funcțională potrivită pentru schematizarea acțiunii arcului, adică forța exercitată este proporțională cu extensia sa: „ Ut tensio, sic vis ” care înseamnă „ așa cum este extensia, așa este și forța ". Această relație se numește Legea lui Hooke .

Primăvara în Codul Madrid

Desenarea unui dispozitiv de arc în Codexul Madrid

În Codex-ul lui Leonardo da Vinci din Madrid I, datând de la sfârșitul secolului al XV-lea, este prevăzută utilizarea unui arc ca element elastic . În Codexul de la Madrid, Leonardo proiectează și studiază numeroase mecanisme pentru a obține diferite tipuri de mișcare, adesea fără un scop specific și doar pentru a explora posibilitățile științei mecanice. Sunt studii de mașini simple, evoluții sau diferite moduri de a obține dezvoltarea și transmiterea mișcării. Unele dintre aceste mecanisme sunt:

• arc cu transmisie elicoidală și motor cu arc cu angrenaj elicoidal - Codex Madrid I, f. 4r
• arc auto-blocabil - Codex Madrid I, f. 13v
• cu arc progresiv - Codex Madrid I, f. 14r
• motor cu arc arc defazat - Codex Madrid I, f. 16r
• motor cu arc elicoidal - Codex Madrid I, f. 45r

Pe a patra pagină a manuscrisului întâlnim primul sistem cu un motor care folosește utilizarea arcurilor: motorul cu arc cu transmisie elicoidală. Acest mecanism presupune că un arc încărcat își produce forța maximă la început și devine din ce în ce mai slab pe măsură ce se descarcă. Această forță este definită de valoarea rigidității R , exprimată ca forță / spațiu. Prin urmare, scopul final este de a face acest transfer de energie liniar și constant.

Tipul special de arc, proiectat de Leonardo pentru această aplicație, este încă utilizat pe scară largă astăzi (de exemplu în obloane, mâner și prese de găurit) și este încă numit „arc spiralat al lui Arhimede”, deoarece se bazează pe conceptul archimedeo.

Descriere

Caracteristici

Caracteristicile arcurilor:
(1) progresiv (gradual)
(2) liniar
(3) degresiv
(4) aproape constantă
(5) progresiv (multi-liniaritate)

Arcul diafragmei în stânga și arcul Belleville în dreapta

Arcul, în funcție de caracteristicile sale de construcție, poate avea un comportament diferit, exact așa cum se arată în imagine. Acest lucru se datorează faptului că, în funcție de utilizare, caracteristicile arcului trebuie să fie diferite. În ceasurile cu arc sau ceasurile cu roți, aceasta trebuie să aibă o constanță ridicată a forței sale, care se obține cu un arc spiralat, care pentru cea mai mare parte a compresiei sale intermediare are o forță aproape constantă ^[1] .

În alte aplicații, cum ar fi suspensiile, există o caracteristică liniară datorită arcurilor elicoidale sau de torsiune, sau progresivă datorită arcurilor elicoidale conice sau cilindrice cu pas variabil (progresiv progresiv) sau pas dublu elicoidal cilindric (multi-liniaritate progresivă). Aceste caracteristici, pe lângă faptul că sunt intrinseci arcului, pot fi recreate sau modificate folosind pârghii sau sisteme speciale. Unele aplicații, pe de altă parte, necesită o caracteristică degresivă, cum ar fi strângerea șuruburilor sau tensionarea unui rulment, din acest motiv sunt utilizate arcuri cupe care pot avea această caracteristică, pe lângă faptul că au o dimensiune redusă ^{[2] [3]} , dar poate avea, de asemenea, o caracteristică exponențială, liniară, degresivă-exponențială, degresivă-constantă-exponențială sau degresivă-regresivă-exponențială în funcție de construcția sa, în special înălțimea și grosimea sa. ^[4]

Unele arcuri, cum ar fi în cazul arcurilor de undă (sau Arc de undă), au particularitatea dimensiunii reduse: în multe cazuri, acestea sunt utilizate pentru a înlocui arcurile elicoidale. Acestea sunt, de asemenea, aplicate pentru a asigura etanșarea motorului wankel, permițând funcționarea segmentelor.

Teorie

Același subiect în detaliu: legea lui Hooke .

Reprezentarea unui punct material (de masă m ) conectat la un arc (având o constantă elastică k ).

Motivul fizic microscopic pentru care arcul acumulează energie potențială este întinderea legăturilor intermoleculare , în timp ce comportamentul său macroscopic este definit pentru multe materiale de legea lui Hooke , care afirmă că alungirea unui corp elastic este direct proporțională cu forța de tracțiune aplicată. La fel, contracția este proporțională cu forța de compresie.

Cele de mai sus sunt valabile în limita de deformare elastică, definită ca limita maximă a forței aplicate, în cadrul căreia corpul elastic, eliberat, revine la dimensiunile sale înainte de aplicarea forței; dincolo de această limită, legăturile atomice se rup și se reconfigurează diferit: prin urmare, arcul rămâne deformat. În diferite materiale această limită nu este definită cu exactitate și fenomenele de deformare apar cu utilizarea repetată (îmbătrânire): în aceste cazuri legea lui Hooke nu este respectată.

Materiale

În funcție de aplicații, arcul poate fi realizat din diverse materiale:

• Material plastic folosit pentru acele aplicații ludice
• Polimeri compoziti, cum ar fi GRP (poliester armat cu fibra de sticla) ^[5]
• În general, fierul este puțin utilizat în comparație cu aliajele sale
  • Oțel de înaltă performanță, dar cu greutate mare , necesită o acoperire pentru a rezista la oxidare
  • Oțelul inoxidabil în comparație cu oțelul are performanțe mai mici, dar nu ruginește
  • 17-7PH sau X7CrNiAl , potrivit pentru arcuri plate cu o formă complexă ^[6]
• Titan cu performanțe variabile în funcție de aliaj, dar cu o greutate redusă în comparație cu oțelul
• Material de tungsten cu un modul elastic ridicat, în general un aliaj este creat cu oțel
• Material de tantal cu un modul elastic ridicat, este utilizat pentru aplicații chimice sau care implică tratament chimic, este în general legat de tungsten

Notă

Elemente conexe

• Modulul tangențial de elasticitate
• Suspensie (mecanică)
• Oscilator armonic
• Legea lui Hooke
• Diagrama Goodman
• Imprimantă și organ repetor , o invenție extraordinar de complicată de Giuseppe Marzolo care a numărat un milion de izvoare

Alte proiecte

• Wikționarul conține dicționarul lema « primăvară »
• Wikimedia Commons conține imagini sau alte fișiere în primăvară

linkuri externe

• ( EN ) Spring / Spring (altă versiune) , în Encyclopedia Britannica , Encyclopædia Britannica, Inc.
• Calculul diferitelor arcuri , pe tribology-abc.com .
• Calculul arcurilor , la mitcalc.com .
• Helical Spring Design , la roymech.co.uk . Adus la 6 mai 2015 (arhivat din original la 11 mai 2015) .
• Arcuri disc ( PDF ), pe ubk.it. Adus la 20 ianuarie 2014 (arhivat din original la 1 februarie 2014) .
• Calculul arcurilor de compresie, tracțiune, torsiune și cupă , pe hexagon.de .
• Arcuri mecanice ( PDF ), pe docente.unicas.it .
• Dimensionarea unei suspensii ( PDF ), pe cm2.mecc.polimi.it . Adus la 9 noiembrie 2013 (depus de „Adresa URL originală 9 noiembrie 2013).
• ( EN ) Arcuri. Modul în care sunt fabricate produsele (preluat în 08.08.2009)
• (EN) Institute of Spring Technology , pe ist.org.uk.
• ( EN ) Spring Manufacturers Institute , pe smihq.org . Adus la 17 septembrie 2009 (arhivat din original la 28 septembrie 2020) .

Portalul mecanicii : accesați intrările Wikipedia care se ocupă de mecanică