เครื่องคำนวณความได้เปรียบเชิงกล

สูตร

ความได้เปรียบเชิงกลคืออัตราส่วนระหว่างแรงโหลดที่เครื่องกลสร้างขึ้นกับแรงพยายามที่คุณใส่เข้าไป:

MA = แรงขาออก (โหลด) ÷ แรงขาเข้า (แรงพยายาม)

โดยที่:

• MA = ความได้เปรียบเชิงกล อัตราส่วนไร้มิติ (ไม่มีหน่วย)
• แรงขาออก = แรงโหลดที่เครื่องกลเคลื่อนหรือต้านไว้
• แรงขาเข้า = แรงพยายามที่คุณกระทำต่อเครื่องกล

เนื่องจากวัดแรงทั้งสองในหน่วยเดียวกัน ทั้งคู่จึงตัดกันและ MA เป็นตัวเลขล้วน นี่คือความได้เปรียบเชิงกล จริง เมื่อวัดด้วยแรงจริง ส่วนความได้เปรียบเชิงกล อุดมคติ หาได้จากเรขาคณิตเพียงอย่างเดียว และสูงกว่าเสมอเล็กน้อยเพราะไม่คิดแรงเสียดทาน

ตัวอย่างการคำนวณ

คุณใช้ชะแลงยกลังหนัก 500 N ขึ้น โดยกดลงด้วยแรงพยายามเพียง 100 N:

MA = 500 N ÷ 100 N = 5

ชะแลงเพิ่มแรงของคุณห้าเท่า สิ่งที่ต้องแลกคือระยะทาง: มือของคุณต้องเคลื่อนไกลกว่าที่ลังยกขึ้นประมาณ 5 เท่า เพราะพลังงานคงตัว (แรงพยายาม × ระยะทางของแรงพยายาม ≈ โหลด × ระยะทางของโหลด)

อ้างอิงอย่างรวดเร็ว

ข้อผิดพลาดที่พบบ่อย

• ปนหน่วย แรงทั้งสองต้องอยู่ในหน่วยเดียวกัน ถ้าโหลดเป็นนิวตัน แรงพยายามก็ต้องเป็นนิวตันด้วย มิฉะนั้นอัตราส่วนจะไร้ความหมาย
• MA จริงกับ MA อุดมคติ เครื่องกลจริงสูญเสียแรงให้แรงเสียดทาน ดังนั้น MA ที่วัดได้ (จริง) จึงต่ำกว่า MA อุดมคติที่คุณคาดจากความยาวหรือรัศมีเพียงอย่างเดียว ประสิทธิภาพ η = MA จริง ÷ MA อุดมคติ
• MA น้อยกว่า 1 ไม่ได้ “แย่” อัตราส่วนต่ำกว่า 1 หมายความว่าเครื่องกลยอมเสียแรงเพื่อให้ได้ความเร็วหรือช่วงการเคลื่อนที่ ซึ่งเป็นสิ่งที่คุณต้องการพอดีในอุปกรณ์อย่างคันเบ็ดหรือจักรยานในเกียร์สูง
• ไม่มีพลังงานฟรี MA สูงไม่เคยสร้างพลังงานขึ้นมา สิ่งที่คุณได้เพิ่มในแรง คุณต้องจ่ายคืนด้วยระยะทางที่ต้องเคลื่อนแรงพยายาม งานที่ใส่เข้า ≈ งานที่ได้ออก