X ekseni boyunca dikey topraklama ankrajı boyunca kir içinde dönmesi için gereken kuvveti nasıl hesaplarsınız?

Henüz fizik alma zevkine sahip olmayan bir lise öğrencisiyim, bu yüzden cevap açıksa beni affet. Karşılaştığım sorun, dünyaya dikey olarak açılan bir toprak çapa.

Çapa dönmeden önce açıkta kalan üst kısımda eşit olarak dağıtılmış en yüksek miktarda izin verilen kuvveti sağlayacak denklemi bulmaya çalışıyorum. Sadece dikey burguya dik bir kuvvet. Döndürmekle kastettiğim, burgu yarıya kadar bir noktada, ortada bir dayanak noktası (x ekseni) olan bir kol gibi dönmesi ve kendisini dünyadan (z ekseni) sökmemesidir. Tabii havada olsaydı bu kolay olurdu, ama onu kir içinde nasıl hesaplayacağımı kaybettim. Buraya Fizik Yığın Borsası'ndan geldim. Burgu 9 inç uzunluğunda olacak ve 1.52 g / cm sürekli kuru toprağa daldırılacaktır. Herhangi bir yardım çok takdir edilecektir.

Bu soruyu lise fiziği düzeyinde açıklayacağım.

Burgu bıçağının 1,5 fit gömme uzunluğunda 2 tam daire kapladığını varsayalım. Ve bıçakların 6 yarıçapının, deliğin çapını 1 ayak olarak inç yaptığını varsayalım.

Yani yeryüzünün burulmaya dirençli yüzeyi ya 1,5 $ \ pi \ times1 = 1,5 \ pi $ ayak veya genişletilmiş uzunluğu $ 2 \ times 2 \ pi \ times 1.41 = 5.64 \ pi $ toprağınızın kayma mukavemetini, tipik olarak yaklaşık 100 lbs / ft ² .

Böylece daha büyük makas, bıçağın deliğine karşı yüzeyinde olanı seçerek alırız. $ 564 \ times 0.5 = 282 \ text {lbs ft} $ tork. Bu, şaftta bir menteşe oluşturacak kadar büyük olmayan toprak direncinin yerinden çıkmasıdır.

Şimdi diğer uca bakarız ve şaftın akmadan ve plastik bir menteşe oluşturmadan önce ne kadar güç alabileceğini görmeye çalışırız.

Şaftın çapının 1 inç olduğunu ve 25 p.s.i. burulma dayanımı.

Bir milin burulma dayanımı

$$ z \ tau = \ dfrac {\ pi} {16} d ^ 3 \ times25000 = \ dfrac {\ pi} {16} \ kez 25000 \ yaklaşık 5000 \ text {lb in} $$

Yani 5000 tane uygulamanız gerekiyor. $ Lb.in ^ 1 $ Sıkıcı olduğu topraktan bağımsız olarak plastik bir menteşe geliştirmeye başlamadan önce üst kısma toplam tork.

Düzenle

OP tarafından yapılan yeni yorumdan sonra, benzer bir soruya önceki cevap .

Seviyenizde bu çok önemli bir soru, bu yüzden basit tutmak için, anlar ve tornalama gücü hakkında sorular soruyorsunuz.

Karşılaştığınız sorunlar, aracı gömdüğünüz kayanın belirli sürtünme katsayısını hesaplıyor. Bu sadece geoteknik bir laboratuar tarafından yapılan toprak analizleriyle yapılabilir.

Bu özel durumda, zemine 100 mm itmek için gereken kuvveti ölçmek için bir cihazla keskin bir çubuğu zemine iterek hesaplamayı oldukça kolaylaştırabilirsiniz. Bu, burgu döndürmek için gereken minimum kuvvet miktarını gösterir.

Denklem $ F = \ kırılma M {A} $

Bu, toprağa nüfuz etmek için gereken kuvvetin derinlik ile orantılı olarak artacağı ve toprağın kesilmesinin artması nedeniyle daha fazla kuvvet gerektireceği anlamına geleceği anlamına gelir. Hızlanma gerçekte sabit hız olduğu için beklenen sonuç budur.

İdeal olarak, burgu gözünden güçlü bir direk geçirir ve bu burgu ile burgu döndürürsünüz. Kutup ne kadar uzun olursa, burgu daha da zorlamak için daha az çaba harcanması gerekir, çünkü tork üreten hareket hattına dik kuvvet momentleri hesaplarız.

$ F * d = R_F $ nerede $ R_F $ ortaya çıkan kuvvettir. F kuvvet uygulanır ve "d" dayanağın radyal merkezine dik bir mesafedir. Bu durumda dayanak noktası burgu kendisidir.

Umarım bu biraz temizler.