1. 작용력과 하중:바퀴와 차축 시스템에는 작용력(입력 힘)과 하중(출력 힘)이라는 두 가지 주요 힘이 관련됩니다. 힘은 일반적으로 바퀴의 가장자리나 테두리에 가해지는 반면, 하중은 축에 더 가까운 지점에 가해집니다.
2. 기계적 이점:휠과 축 시스템은 입력되는 힘(노력)에 대한 출력되는 힘(부하)의 비율인 기계적 이점을 제공합니다. 기계적 이점은 휠 반경(중심에서 힘이 작용하는 지점까지의 거리)과 축의 반경(중심에서 하중이 작용하는 지점까지의 거리)의 비율로 결정됩니다.
3. 토크 증폭:바퀴 가장자리에 힘이 가해지면 바퀴가 축 주위를 회전하게 하는 토크가 생성됩니다. 시스템의 기계적 이점으로 인해 휠에 가해지는 상대적으로 작은 노력으로 액슬 근처에 부착된 훨씬 더 큰 하중을 극복할 수 있습니다. 액슬의 반경에 비해 휠의 반경이 클수록 시스템이 달성하는 토크 증폭도 더 커집니다.
4. 레버 암 원리:휠 및 액슬 시스템은 본질적으로 레버의 원리를 적용합니다. 힘은 더 긴 레버 암(휠의 반경)에 작용하는 반면, 부하 힘은 더 짧은 레버 암(액슬의 반경)에 작용합니다. 출력 레버 암(축 반경)에 비해 입력 레버 암(휠 반경)의 길이를 늘림으로써 시스템은 입력 힘을 배가시킵니다.
5. 효율성:실제 바퀴와 차축 시스템은 움직이는 부품 간의 마찰, 재료 변형 및 기타 요인으로 인해 완벽하게 효율적이지 않습니다. 시스템이 작동하면서 일부 에너지가 손실되어 기계적 효율이 일반적으로 100% 미만이 됩니다.
휠 및 액슬 시스템의 예:
에이. 문 손잡이:문 손잡이는 손잡이(바퀴)가 문을 열거나 닫는 샤프트(축)에 부착된 간단한 바퀴 및 축 시스템입니다. 손잡이를 돌리면 축이 회전하고 문이 열리는 힘이 가해집니다.
비. 스티어링 휠:자동차에서 스티어링 휠은 운전자가 휠을 회전시켜 바퀴의 방향을 변경할 수 있도록 하는 스티어링 칼럼(축)에 부착된 휠입니다.
기음. 풀리:풀리는 지지대에 부착된 홈이 있는 바퀴로 리프팅 시스템에 자주 사용됩니다. 로프를 도르래에 감으면 로프의 한쪽 끝에 힘이 가해지면 도르래가 회전하여 다른 쪽 끝의 하중이 들어 올려집니다.
디. 풍차:풍차는 큰 날개(바퀴)에 있는 바람의 힘을 이용하여 곡물을 갈거나 전기를 생산하는 기계를 구동하는 축을 회전시킵니다.
요약하면, 휠과 액슬 시스템은 레버 원리와 토크 증폭을 통해 입력 힘(노력)을 증폭시켜 작동합니다. 이는 축에 부착된 바퀴로 구성되며 입력 힘은 바퀴에 가해지고 출력 힘은 축에 더 가깝게 생성됩니다. 이 간단한 기계는 힘의 방향을 효율적으로 들어 올리거나 돌리거나 변경하기 위해 다양한 일상 물체 및 기계에 적용됩니다.
