¿Cómo facilita un plano inclinado el trabajo? Preguntas frecuentes críticas, ejemplos y fórmulas

¿Cómo facilita el trabajo un plano inclinado?

Un plano inclinado cambió el mundo por su concepto que facilita el trabajo. Veamos como un plano inclinado: una superficie diagonal que está inclinada o inclinada sobre la superficie horizontal; levanta cualquier objeto más fácilmente y ahorra la energía mecánica necesaria:

  • Debido a su forma triangular, se necesita menos fuerza para mover un objeto hacia arriba en un plano inclinado que la fuerza en la trayectoria recta en una superficie horizontal. 
  • Un objeto debe moverse una distancia mayor en un plano inclinado que la superficie horizontal. 
  • Ayuda al objeto pesado a superar la resistencia de la superficie y moverse rápidamente de una posición a otra. 
  • Por lo tanto, según la Fórmula de trabajo, un plano inclinado reduce la fuerza al distribuir el trabajo en una distancia mayor, lo que facilita cualquier trabajo.
¿Cómo facilita el trabajo un plano inclinado?
¿Cómo facilita el trabajo un plano inclinado?

¿Qué son los ejemplos de plano inclinado?

Un ejemplo de plano inclinado incluye muchas aplicaciones de la vida real que permiten que los objetos pesados ​​o frágiles, incluidos los humanos, se muevan más fácilmente. Estos diversos ejemplos de planos inclinados se enumeran a continuación: 

Explique 10 usos del plano inclinado 

Existe una probabilidad del 99% de que haya visto ejemplos de planos inclinados todos los días de su vida, ya que están en todas partes. Expliquemos algunos de los ejemplos de planos inclinados de la siguiente manera:

Montaña

Algunos planos inclinados ocurren naturalmente ya que nadie los creó. Solo necesitaba ser notado. Una montaña es un ejemplo de plano inclinado que ocurre naturalmente.

Suponga que está haciendo una caminata por la montaña. Aquí, una montaña es un plano inclinado, y tú eres la carga que sube la montaña, y se requiere una fuerza normal o muscular para hacer el trabajo. Si toma el camino más empinado para ahorrar tiempo para llegar a la cima de la montaña, se le hará más difícil caminar ya que habrá requerido más fuerza. Mientras que, si toma un sendero de pendiente más suave que uno más empinado, sería una ruta más larga pero mucho más fácil subir a la montaña ya que requiere menos fuerza.

Ejemplos de plano inclinado
Ejemplos de plano inclinado - Escalando una montaña

Puede observar que la diferencia entre la altura de la cima de la montaña y la base de la montaña aumenta a medida que avanza hacia arriba, independientemente de la ruta que elija. Por lo tanto, se habrá realizado la cantidad exacta de trabajo una vez que llegue a la cima de la montaña, ya sea que tome un sendero directo, un sendero empinado o un sendero de pendiente suave.

Escalera

Son un ejemplo básico de un plano inclinado que se utiliza para alcanzar un nivel o piso superior en un edificio o casa. En lugar de subir, caminar por las escaleras es más accesible ya que requiere menos energía.

Ejemplos de plano inclinado
Ejemplos de plano inclinado - Escalera (Fuente de imagen: Revisión)

Escalera mecánica

Del mismo modo, las escaleras electrónicas llamadas escaleras mecánicas también son un ejemplo de planos inclinados que impulsan a una persona hasta el piso superior sin ejercer ninguna energía.

Ejemplos de plano inclinado
Ejemplos de plano inclinado - Escalera mecánica

Rampa para sillas de ruedas 

Es uno de los planos inclinados imprescindibles que facilitan la vida de una persona con discapacidad física. En la mayoría de los lugares públicos, se une una superficie plana inclinada desde un piso más alto al suelo especialmente construido para que las personas con discapacidades físicas se muevan hacia arriba o hacia abajo en una silla de ruedas llamada Rampa para sillas de ruedas. Usando la rampa, la silla de ruedas empuja a un nivel más bajo y luego se eleva a un nivel más alto.

La distancia total necesaria para empujar la silla de ruedas para llegar al piso más alto aumenta, pero la fuerza y ​​la energía necesarias disminuyen.

Ejemplos de plano inclinado
Ejemplos de plano inclinado - Rampa para sillas de ruedas (Credito de imagen: robomatter)

Slides

Son un plano inclinado que permite bajar de forma segura cualquier objeto desde una altura. Su extremo se coloca cerca del suelo y el otro se eleva en altura. La diferencia de altura de los bordes de ambos extremos lo convierte en un plano inclinado.

Suponga que está de pie en la altura sosteniendo un objeto pequeño en la mano y luego quiere darle ese objeto a la persona que está parada en el piso. En lugar de lanzar ese objeto hacia la persona, si usa un plano inclinado como un tobogán, un objeto descenderá de manera segura por el tobogán con la ayuda de la fuerza gravitacional.

Ejemplos de plano inclinado
Ejemplos de plano inclinado - Slides

Toboganes de juegos

Al eliminar la fricción de un tobogán, se puede aumentar la velocidad a la que los objetos se mueven por los toboganes. Por lo tanto, además de los toboganes comerciales, los toboganes se están convirtiendo en la forma de entretenimiento más popular que observamos en la mayoría de los parques infantiles.

Ejemplos de plano inclinado
Ejemplos de plano inclinado - Toboganes de juegos

Techo

El techo de las casas se convierte en un plano inclinado cuando se construye en forma de pendiente inclinada. El techo con pendiente inclinado se observa principalmente en áreas montañosas ya que permite cargas como agua de lluvia, nieve o polvo.

Debido a esta pendiente inclinada, los desechos se deslizan hacia el suelo rápidamente desde el techo debido a la fuerza gravitacional.

Ejemplos de plano inclinado
Ejemplos de plano inclinado - Techo inclinado (Crédito de la imagen: modelos de energía)

Camión contenedor

Solía ​​llevar cosas pesadas o basura de un lugar a otro. Se utiliza un principio de plano inclinado similar de una rampa para sillas de ruedas para cargar esas cosas pesadas en el camión. La rampa inclinada para sillas de ruedas, similar a un contenedor, está unida a la parte trasera del camión.

Por lo tanto, este contenedor inclinado actúa como un plano inclinado que permite la carga y descarga de cualquier objeto casi sin esfuerzo.

Ejemplos de plano inclinado
Ejemplos de plano inclinado - Rampa para camiones portacontenedores

Buzón

Las rampas utilizadas para dejar caer la carta en un buzón privado también son un ejemplo de un plano inclinado. Los toboganes ofrecen la pendiente inclinada conectada a las aberturas del buzón.

La pendiente inclinada ayuda a que la carta se deslice hacia abajo en el buzón fácilmente y evita que el buzón se atasque.

Ejemplos de plano inclinado
Ejemplos de plano inclinado - Chutes tipo buzón

Pirámides

¿Te has preguntado cómo la gente durante la antigüedad construyó la pirámide? La pregunta principal para construir pirámides es cómo levantan bloques pesados ​​muy alto del suelo durante ese tiempo.

La respuesta es que no levantaron sino que arrastraron los bloques usando planos inclinados. Por lo tanto, la estructura de las pirámides aparece como un triángulo de todos los deslizamientos, al igual que un plano inclinado.

Ejemplos de plano inclinado
Ejemplos de plano inclinado - Rampa piramidal (Credito de imagen: Quora)

Embudo

Está formado por la unión de dos tipos de formas geométricas, como un cono y un cilindro. Aquí, la parte curva del cono actúa como un plano inclinado para cualquier fluido vertido en él.

La pendiente del cono permite que el líquido se deslice fácilmente por el cilindro con la ayuda de la fuerza gravitacional.

Ejemplos de plano inclinado
Ejemplos de plano inclinado - Embudo

Aeronave 

La hélice, unida al inicio de la aeronave, tiene una forma similar a sus alas. Ambas partes de la aeronave aceleran el flujo de aire sobre sus superficies curvas. Cuando una hélice gira, la velocidad de su pala es más alta en la parte de la punta y más lenta en la parte inferior. Durante una rotación completa, la punta de la hoja recorre una distancia mucho mayor que su parte inferior en la misma cantidad de tiempo, por lo que el ángulo de la hoja es mayor en la parte inferior y menor en la punta.

Si el ángulo de la pala es uniforme a través de la hélice, habría una variación en el empuje y la diferencia de presión producida por una hélice de abajo hacia arriba, lo que conduce a un ángulo de ataque negativo en la parte inferior y un tope de la pala en la punta. 

Por lo tanto, las palas de la hélice están inclinadas con un paso geométrico más alto en la parte inferior y un paso más bajo en la punta, lo que evita una diferencia significativa de presión de aire a través de la pala.

Por tanto, la Aeronave es uno de los ejemplos avanzados de planos inclinados.

Ejemplos de plano inclinado
Ejemplos de plano inclinado - Hélice de avión (Credito de imagen: Wikipedia )

¿Sabes que hay tantos planos inclinados a tu alrededor que te hacen la vida más fácil? Enumere los ejemplos de planos inclinados que pueda encontrar.

¿Cuál es el propósito de un plano inclinado? 

Un plano inclinado es uno de los tipos de máquinas simples - tener el propósito de reducir los esfuerzos humanos para facilitar sus tareas. 

Es una rampa o pendiente en la que la superficie está inclinada, lo que ayuda a mover objetos pesados ​​de menor altura a mayor.

Significado de las máquinas simples

"Un dispositivo mecánico básico que se utiliza para facilitar el trabajo cuando se aplica cualquier fuerza.." 

Tipos de máquinas simples

Las máquinas simples se clasifican en seis tipos; que se pueden encontrar en todas partes a nuestro alrededor se enumeran a continuación: 

  • Plano inclinado
  • Palanca
  • Cuña
  • Tornillo
  • Rueda y eje
  • Polea
Tipos de máquinas simples
Seis tipos de máquina simple

¿Cuáles son los 3 tipos de planos inclinados?

Tres de las otras seis máquinas simples se basan en un plano inclinado se enumeran a continuación: 

  • Palanca : un plano inclinado que sostiene la superficie elevada desde una superficie horizontal.
  • Cuña : una especie de plano inclinado portátil formado cuando dos planos inclinados se unen en el borde.
  • Tornillo : un plano inclinado retorcido que se forma envolviendo un poste o cilindro.

Qué conceptos, procesos están asociados con el movimiento en un plano inclinado?

Cuando un objeto se desliza hacia arriba o hacia abajo en un plano inclinado, existen los siguientes conceptos o procesos asociados con el movimiento de ese objeto en un plano inclinado que facilita el trabajo realizado en un plano inclinado: 

¿Cómo afecta un plano inclinado al movimiento? 

La velocidad a la que se desliza un objeto en un plano inclinado depende de qué tan inclinada o inclinada esté la superficie. 

Cuanto mayor sea la superficie inclinada, más rápido se deslizará un objeto.

Para comprender el movimiento de un objeto en un plano inclinado, es necesario analizar el número de fuerzas que actúan sobre él en un plano inclinado. 

Fuerzas en un plano inclinado

Al menos dos fuerzas actúan sobre un objeto en un plano inclinado: -

  • Fuerza normal, que actúa en dirección perpendicular a la superficie
  • Fuerza gravitacional, también conocido como el peso de un objeto, actúa hacia abajo.

Lea más sobre Diferentes tipos de fuerzas

¿Cómo se puede calcular la aceleración en un plano inclinado?

Observe que dos fuerzas sobre un objeto en un plano inclinado están en la misma dirección. es decir, no en la dirección opuesta. Por lo tanto, una fuerza se descompone en sus componentes perpendiculares, lo que permite agregar fácilmente otras fuerzas sobre un objeto. 

Este proceso implica resolver el peso de un objeto (Fgrav) en dos componentes perpendiculares:

  • Un paralelo dirigido F _ {\ paralelo} a un plano inclinado 
  • Otro se dirige perpendicular F _ {\ perp} a un plano inclinado.

Fórmula de plano inclinado 

La ecuación de componentes paralelos es:

F _ {\ paralelo} = mgsin \ theta ………… (1)

La ecuación de componentes perpendiculares es:

F _ {\ perp} = mgcos \ theta ……………… (2)

La componente perpendicular de la fuerza gravitacional equilibra la fuerza normal cuando se dirige en sentido opuesto a la fuerza normal, mientras que la componente paralela de la fuerza gravitacional permanece desequilibrada. 

Aquí, la fuerza neta en un plano inclinado es el componente paralelo desequilibrado de la fuerza gravitacional que acelera un objeto en un plano inclinado. 

Uso de plano inclinado
Fuerzas en un plano inclinado

La fuerza neta en un plano inclinado está dada por, 

F_ {net} = mgcos \ theta …………………. (3)

Si no existe fricción entre un plano inclinado y un objeto, entonces se dice que ese plano es el 'plano inclinado ideal '

Para un plano inclinado ideal, 

El trabajo realizado en el levantamiento de cargas por un plano inclinado, que es trabajo de salida (Wout) es igual al trabajo realizado por la fuerza aplicada, que es trabajo de entrada (Win).

Wsalir = Win ………………………… .. (4)

Según la segunda ley del movimiento de Newton,

a = \ frac {F_ {net}} {m}

La aceleración de un objeto es la componente paralela de la fuerza gravitacional dividida por su masa (m) para un plano inclinado ideal. 

Obtenemos la ecuación de aceleración en un plano inclinado de la siguiente manera:

a = gsin \ theta …………… .. (5)

Un objeto se deslizará hacia abajo con aceleración. of gsin \ theta sobre una superficie sin fricción de un plano inclinado.

¿Cómo determinar la fricción del plano inclinado?

Cuando una fuerza de fricción (denotada por ffric) entran en la imagen en el plano inclinado, está relacionado con la fuerza normal (fN) por 

f_ {fric} = \ mu f_ {N} ……………. (6)

Dónde \ mu es un coeficiente de fricción.

¿Cómo encontrar el ángulo de un plano inclinado con fricción?

Para determinar la fuerza de fricción por un plano inclinado, primero tenemos que encontrar la fuerza normal. Observe que dos fuerzas en un plano inclinado están en direcciones opuestas. Por lo tanto, el movimiento de un objeto se desliza hacia abajo y la fuerza de fricción es paralela a la pendiente de un plano, mientras que la fuerza normal entre un objeto y un plano inclinado es perpendicular a su pendiente. 

La ecuación de la componente perpendicular de la fuerza normal es

F _ {\ perp} = mgcos \ theta

Según ecuación (6), la fuerza de fricción en un plano inclinado es 

f_ {fric} = \ mu mgcos \ theta ……………………… (7)

¿Cuántas formas diferentes de calcular la fricción en un objeto que se desliza hacia abajo en un plano inclinado?

Para determinar la fuerza de fricción entre dos objetos, podemos aceptar que un objeto puede deslizarse hacia abajo con un movimiento constante en un plano inclinado, si la fuerza neta es cero.

Uso de plano inclinado
Fuerzas en el plano inclinado

El diagrama muestra que la fuerza de fricción y las componentes paralelas de la fuerza de gravedad actúan sobre un objeto en la dirección opuesta. 

Tenga en cuenta que cuando ambas fuerzas sobre un objeto tienen la misma magnitud, su aceleración es cero. 

f_ {net} = 0

f_ {fric} + f_ {grav} = 0

\ mu mgcos \ theta - mgsin \ theta = 0

Nota: mgsin \ theta es negativo ya que la fuerza gravitacional está en la dirección opuesta. 

\ mu = \ frac {mgsin \ theta} {mgcos \ theta}

\ mu = tan \ theta

Aquí, \ theta es la ángulo de fricción, También llamado Angulo de reposo en el que un objeto puede permanecer estacionario sin deslizarse hacia abajo en un plano inclinado debido a la fricción.

¿Cuál es la ventaja mecánica del plano inclinado?

  • La La ventaja mecánica proporciona la cantidad de fuerza necesaria para mover cualquier objeto en un plano inclinado.
  • MA se basa en la pendiente y la altura de un plano inclinado. Cuanto menor sea la pendiente, menor será la fuerza requerida y mayor será su ventaja mecánica.

La ventaja mecánica (MA) se define como "La relación entre la fuerza de salida ejercida sobre un objeto por un plano inclinado y la fuerza de entrada aplicada sobre un objeto".

Uso de plano inclinado
Ventaja mecánica de un plano inclinado

Ventaja mecánica de una fórmula de plano inclinado

Para un plano inclinado, la fuerza de salida sobre un objeto es una fuerza gravitacional. es decir, su peso Fw, mientras que la fuerza de entrada es paralela al plano Fi

La ventaja mecánica viene dada por 

MA = \ frac {F_ {w}} {F_ {i}} …………………… .. (8)

¿Cómo se calcula la ventaja mecánica?

Calculemos la ventaja mecánica en términos de superficie sin fricción.

Volviendo al ecuación (4),

El trabajo de salida es igual al producto de la fuerza de salida y el desplazamiento vertical o la altura o elevación de un plano inclinado.

W_ {out} = F_ {w} \ ast Rise …………………(A)

El trabajo de entrada es igual al producto de la fuerza de entrada y la longitud diagonal de un plano inclinado.

W_ {in} = F_ {i} \ ast Longitud ………………………(B)

Sustituyendo las ecuaciones (A) y (B) en el ecuación (4), obtenemos

F_ {w} \ ast Rise = F_ {i} \ ast Longitud

\ frac {F_ {w}} {F_ {i}} = \ frac {Longitud} {Subida}

Según el ecuación (8),

MA = \ frac {F_ {w}} {F_ {i}} = \ frac {Longitud} {Subida} …………….(C)

A partir del diagrama, la ventaja mecánica se puede expresar mediante el ángulo \ theta de un plano inclinado, 

sin \ theta = \ frac {Subida} {Longitud}

Finalmente, la ventaja mecánica (MA) en un plano inclinado se resuelve como,

MA = \ frac {F_ {w}} {F_ {i}} = \ frac {1} {sin \ theta} ……………………….(D)

Cuanto menor sea el ángulo inclinado o inclinado del avión, mayor será su ventaja mecánica.

¿Cómo se puede encontrar una ventaja mecánica real de los planos inclinados?

La ventaja mecánica de un plano inclinado (MA) sin ninguna fricción se dice que es 'Ventaja mecánica ideal (IMA)".

Cuando un plano inclinado tiene alguna fricción, se dice que su ventaja mecánica es 'Ventaja mecánica real (AMA)".

La ventaja mecánica real (AMA) viene dada por,

AMA = \ frac {F_ {w}} {F_ {i} + F_ {fric}}

Donde Ffric es una fuerza de fricción que actúa sobre un objeto. 

¿Cuál es la eficiencia de un plano inclinado?

La eficiencia de un plano inclinado es el porcentaje del trabajo de entrada por la fuerza aplicada al trabajo de salida por la fuerza ejercida por un plano inclinado. 

La eficiencia de un plano inclinado se calcula como: 

Eficiencia = Trabajo de salida / Trabajo de entrada × 100%

Dado que parte de la cantidad de trabajo de entrada se utiliza para superar la fricción, es mayor que el trabajo de salida, lo que conduce a una eficiencia del 100% menor de un plano inclinado. Por lo tanto, cuanto más cerca esté la eficiencia de un plano inclinado al 100%, mejor podrá superar la fricción.

¿Cómo aumentar la eficiencia de un plano inclinado?

Volviendo al ecuación (D) de ventaja mecánica en un plano inclinado

Para aumentar la eficiencia de un plano inclinado, debemos reducir la fricción disminuyendo el coeficiente de fricción \ mu o aumentando el ángulo de fricción \ theta.

La eficiencia aumenta prácticamente mediante el uso de rodillos junto con un plano inclinado o una cuña en lugar de un plano inclinado.


PREGUNTAS FRECUENTES (Preguntas frecuentes)

¿Qué pasará si la pendiente de un plano inclinado es demasiado empinada?

Respuesta: Si la pendiente de un plano inclinado es demasiado pronunciada, entonces se necesita más esfuerzo para mover un objeto en un plano inclinado de la siguiente manera:

  • cuanto menor es la distancia que tiene que viajar un objeto
  • Cuanto mayor sea la fuerza necesaria para mover un objeto en un plano
  • la menor ventaja mecánica de un plano inclinado

Una fuerza aplicada por un plano inclinado a un objeto es el?

ans: A continuación se dan dos fuerzas aplicadas por un plano inclinado sobre un objeto:

  • Fuerza gravitacional
  • Fuerza normal

¿Un plano inclinado envuelto alrededor de un cilindro central es una palanca?

Respuesta: Un nivel es un plano inclinado que sostiene la superficie elevada desde una superficie horizontal.

Un plano inclinado retorcido que se forma envolviendo el cilindro se llama Tornillo. 

Inclina un plano inclinado con un objeto encima hasta que alcanza el ángulo donde comienza a deslizarse. ¿Tiene la masa del objeto o la gravedad un efecto sobre cuál es este ángulo?

Respuesta: Cuando el ángulo es mayor que el ángulo de fricción, los objetos comienzan a deslizarse hacia abajo en un plano inclinado.

Dado que este ángulo de fricción se deriva de la fuerza gravitacional sobre un objeto que tiene masa m, la gravedad o su masa afecta este ángulo de fricción.

¿Se mueve un cuerpo en un plano inclinado cuando no hay gravedad, pero la fricción se ejercita? ¿La mecánica newtoniana fuerza la física de la fricción?

Respuesta: La fuerza de fricción que empuja un objeto en un plano inclinado depende de la fuerza normal entre un objeto y un plano inclinado. Las componentes perpendiculares de la fuerza de gravedad proporcionan la fuerza normal. 

Por lo tanto, si no hay gravedad, no habrá fuerza normal ni fuerza de fricción sobre un objeto. Por tanto, el cuerpo no se mueve en un plano inclinado en ausencia de gravedad. 


Sobre Manish Naik

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