Sólin Sólin Rís 04:12 • sest 22:54 í Reykjavík
Tunglið Tunglið Rís 23:56 • Sest 05:21 í Reykjavík
Flóð Flóð Árdegis: 07:11 • Síðdegis: 19:34 í Reykjavík
Fjaran Fjara Árdegis: 01:10 • Síðdegis: 13:17 í Reykjavík

Hvað er að segja um eðlisfræði skæra?

Þorsteinn Vilhjálmsson

Skæri eru býsna snjöll uppfinning og skærin í kringum okkur eru margs konar ef að er gáð: Eldhússkæri, naglaskæri, fataskæri og svo framvegis. Og ef við hugsum okkur um sjáum við að ýmis áhöld sem við köllum klippur eru í rauninni náskyld skærum. Má þar nefna einfaldar grasklippur, trjáklippur, þakjárnsklippur og fleira. Sumar klippur sem eiga að gefa mikið átak eru hins vegar nokkru flóknari, til dæmis járnaklippur sem eru notaðar við steypujárn eða trjáklippur sem eru hannaðar fyrir gildar trjágreinar.

Skærin eru auðvitað samsett úr tveimur hnífum eins og við þekkjum. Með því að beita þeim hvorum gegn öðrum komumst við hjá því að halda sérstaklega í hlutinn sem á að skera eða klippa. Að öðru leyti er meginhugmyndin bak við skærin hin sama og bak við vogarstangir eins og járnkarla, penna og þess háttar. Við getum sem sé litið á skærin sem tvær vogarstangir sem eru tengdar saman á tiltekinn hátt.

Vogarstangir eru ævagömul uppfinning og ekki síður snjöll en skærin. Þær eru notaðar til að breyta krafti (átaki; force) og færslu (displacement). Fjarlægðin frá snúningsmiðju eða föstum punkti stangarinnar að átakspunkti eða átakslínu er kölluð armur kraftsins. Margfeldi krafts og arms er kallað vægi kraftsins, kraftvægið, miðað við snúningsmiðjuna.

Ef tveir kraftar verka á stöngina utan fastapunktsins og hún á að vera í jafnvægi þarf vægi beggja kraftanna að vera jafnstórt auk þess sem þeir leitast við að snúa stönginnni um fastapunktinn í gagnstæðar áttir. Þetta þýðir að átakið er því meira sem armurinn er minni.

Þegar við klippum á okkur neglurnar þarf tiltölulega mikinn kraft, meiri en okkur er tamt að gefa með fingrunum. Þess vegna útbúum við skærin þannig að armurinn sem fingurnir taka á er miklu lengri en armurinn við átak skæranna á nöglina. Um leið verður færsla skærishnífanna miklu minni en færsla fingranna þegar við klippum.

Þegar við klippum hins vegar þunnan klæðisdúk þarf lítið átak á dúkinn en við þurfum hins vegar oft að klippa alllanga leið. Þess vegna höfum við langa hnífa í skærum klæðskerans eða saumakonunnar. Það kemur ekki að sök þótt átakið verði minna en við beitum með fingrunum því að dúkurinn er auðskorinn.

Sumir sem skrifa kennslubækur í eðlisfræði virðast telja að vogarstangir séu eingöngu notaðar til að auka og jafnvel margfalda kraftinn, eins og gert er með naglaskærunum sem lýst var hér á undan eða þegar við lyftum þungum steini með járnkarli. Þetta er hins vegar ekki rétt því að við notum stundum vogarstangir til að margfalda færsluna þó að átakið minnki þá um leið, samanber dæmið um skæri klæðskerans.

Annað þekkt dæmi um slíka vogarstöng er hrífan en hausinn á henni hreyfist langar leiðir þó að við hreyfum hendurnar tiltölulega lítið. Þess konar vogarstangir er einnig að finna í náttúrunni, til dæmis í útlimum fugla og spendýra þar sem vöðvar taka á beinunum með litlum armi en miklum krafti og valda með því mikilli færslu vængs, fótar eða handar en krafturinn þar er hins vegar miklu minni.



Mynd: HB

Höfundur

Þorsteinn Vilhjálmsson

prófessor emeritus, ritstjóri Vísindavefsins 2000-2010 og ritstjóri Evrópuvefsins 2011

Útgáfudagur

11.1.2002

Spyrjandi

Sveinn Ásbjörnsson

Tilvísun

Þorsteinn Vilhjálmsson. „Hvað er að segja um eðlisfræði skæra?“ Vísindavefurinn, 11. janúar 2002. Sótt 25. júlí 2021. http://visindavefur.is/svar.php?id=2042.

Þorsteinn Vilhjálmsson. (2002, 11. janúar). Hvað er að segja um eðlisfræði skæra? Vísindavefurinn. Sótt af http://visindavefur.is/svar.php?id=2042

Þorsteinn Vilhjálmsson. „Hvað er að segja um eðlisfræði skæra?“ Vísindavefurinn. 11. jan. 2002. Vefsíða. 25. júl. 2021. <http://visindavefur.is/svar.php?id=2042>.

Chicago | APA | MLA

Spyrja

Sendu inn spurningu LeiðbeiningarTil baka

Hér getur þú sent okkur nýjar spurningar um vísindaleg efni.

Hafðu spurninguna stutta og hnitmiðaða og sendu aðeins eina í einu. Einlægar og vandaðar spurningar um mikilvæg efni eru líklegastar til að kalla fram vönduð og greið svör. Ekki er víst að tími vinnist til að svara öllum spurningum.

Persónulegar upplýsingar um spyrjendur eru eingöngu notaðar í starfsemi vefsins, til dæmis til að svör verði við hæfi spyrjenda. Spurningum er ekki sinnt ef spyrjandi villir á sér heimildir eða segir ekki nægileg deili á sér.

Spurningum sem eru ekki á verksviði vefsins er eytt.

Að öðru leyti er hægt að spyrja Vísindavefinn um allt milli himins og jarðar!

=

Senda grein til vinar

=

Hvað er að segja um eðlisfræði skæra?
Skæri eru býsna snjöll uppfinning og skærin í kringum okkur eru margs konar ef að er gáð: Eldhússkæri, naglaskæri, fataskæri og svo framvegis. Og ef við hugsum okkur um sjáum við að ýmis áhöld sem við köllum klippur eru í rauninni náskyld skærum. Má þar nefna einfaldar grasklippur, trjáklippur, þakjárnsklippur og fleira. Sumar klippur sem eiga að gefa mikið átak eru hins vegar nokkru flóknari, til dæmis járnaklippur sem eru notaðar við steypujárn eða trjáklippur sem eru hannaðar fyrir gildar trjágreinar.

Skærin eru auðvitað samsett úr tveimur hnífum eins og við þekkjum. Með því að beita þeim hvorum gegn öðrum komumst við hjá því að halda sérstaklega í hlutinn sem á að skera eða klippa. Að öðru leyti er meginhugmyndin bak við skærin hin sama og bak við vogarstangir eins og járnkarla, penna og þess háttar. Við getum sem sé litið á skærin sem tvær vogarstangir sem eru tengdar saman á tiltekinn hátt.

Vogarstangir eru ævagömul uppfinning og ekki síður snjöll en skærin. Þær eru notaðar til að breyta krafti (átaki; force) og færslu (displacement). Fjarlægðin frá snúningsmiðju eða föstum punkti stangarinnar að átakspunkti eða átakslínu er kölluð armur kraftsins. Margfeldi krafts og arms er kallað vægi kraftsins, kraftvægið, miðað við snúningsmiðjuna.

Ef tveir kraftar verka á stöngina utan fastapunktsins og hún á að vera í jafnvægi þarf vægi beggja kraftanna að vera jafnstórt auk þess sem þeir leitast við að snúa stönginnni um fastapunktinn í gagnstæðar áttir. Þetta þýðir að átakið er því meira sem armurinn er minni.

Þegar við klippum á okkur neglurnar þarf tiltölulega mikinn kraft, meiri en okkur er tamt að gefa með fingrunum. Þess vegna útbúum við skærin þannig að armurinn sem fingurnir taka á er miklu lengri en armurinn við átak skæranna á nöglina. Um leið verður færsla skærishnífanna miklu minni en færsla fingranna þegar við klippum.

Þegar við klippum hins vegar þunnan klæðisdúk þarf lítið átak á dúkinn en við þurfum hins vegar oft að klippa alllanga leið. Þess vegna höfum við langa hnífa í skærum klæðskerans eða saumakonunnar. Það kemur ekki að sök þótt átakið verði minna en við beitum með fingrunum því að dúkurinn er auðskorinn.

Sumir sem skrifa kennslubækur í eðlisfræði virðast telja að vogarstangir séu eingöngu notaðar til að auka og jafnvel margfalda kraftinn, eins og gert er með naglaskærunum sem lýst var hér á undan eða þegar við lyftum þungum steini með járnkarli. Þetta er hins vegar ekki rétt því að við notum stundum vogarstangir til að margfalda færsluna þó að átakið minnki þá um leið, samanber dæmið um skæri klæðskerans.

Annað þekkt dæmi um slíka vogarstöng er hrífan en hausinn á henni hreyfist langar leiðir þó að við hreyfum hendurnar tiltölulega lítið. Þess konar vogarstangir er einnig að finna í náttúrunni, til dæmis í útlimum fugla og spendýra þar sem vöðvar taka á beinunum með litlum armi en miklum krafti og valda með því mikilli færslu vængs, fótar eða handar en krafturinn þar er hins vegar miklu minni.



Mynd: HB...