It-Taraġ 1: Il-Bidu Fiz-Zminijiet Tal-Maċini

Il-makkini huma bbnewli biex jibdelu l-ħaddiema b'bħala. Għalkemm ħafna nies isibu ruħhom mhux komfortevoli madwarhom għalkemm ma jifhmuex kif il-makkini jaġmlu l-ħajja. Dan il-baċċa jiddifinil il-kunċetti fiżiċi bażiċi — il-forza, l-enerġija, il-ħaġa, il-potenza, u l-preżjoni — li jidheru f’kull baċċa li jmiss ta’ dan il-kors.

Figura 1-1 Unità tipika tal-biżut idrawliku industriju. Il-pumpa, il-mutur, ir-reżervwar, u l-valvuli spiss jintużaw fl-istess ħoġol bħal dan.

Forza

Il-forza hija kwalunkwe azzjoni li tibdel — jew tipprova li tibdel — l-istat ta’ mozzjoni ta’ oġġett.

Newton (N)

Il-unità SI tal-forza hija n-newton (N). F’unitajiet użuali Amerikani, il-forza tintużat bil-pound (lbs).

Tliet modi kif il-forza tibdel il-mozzjoni

Il-forza tista’ tagħmel tliet ħaġiżi għal oġġett:

1. Tibda l-oġġett imma jibda jimmexxi.
2. Ittella’ jew tistenna.
3. Biddel id-direzzjoni tal-moviment tagħmel.

Reżistenza

Kull forza li tibbass it-ta’ ħażin jew tistenna l-moviment tissejjaħ reżistenza. It-tnejn ir-reżistenzi aktar komuni fil-makkini idrawliki huma l-frizzjoni u l-inerzja.

Friżjoni

Il-frizzjoni hija r-reżistenza li teżistu fuq is-silta ta’ kontatt bejn kwalunkwe tnejn oġġetti li jinħarżu — jew li jinsabu b’salib li jinħarżu — relattivament lil xulxin.

Figura 1-3 Il-frizzjoni ta’ ħażin kullimkien fejn tnejn superfici jkunu f’kontatt u jinħarżu kontra xulxin.

Inerzja

L-inerzja hija t-tendenza ta’ oġġett li jżomm l-istat attwali tal-moviment tiegħu. Oġġett li jinsab f’ripos jibqa’ f’ripos; oġġett li jinħarreż jibqa’ jinħarreż. L-inerzja hija direttament relatata mal-massa: oġġett iktar ħażin huwa aktar diffiċli li jibda jew li jistenna.

Eżempju: Bolla ta’ ħadid għandha iktar inerzja mill-bolla ta’ ħaġar. Idduż il-bollajn bil-istess forza u l-bolla ta’ ħaġar titla’ iktar malajr u iktar bil-biża’, li juri li l-bolla ta’ ħadid tirreżisti l-bidla fil-moviment iktar.

Enerġija

L-enerġija hija dak li għandu forza meta tkun kapbli li tagħmel xi ħaġa tinħarreż. F’termini sempliċi: l-enerġija hija l-kapaċità li tif’l ix-xogħol.

Enerġija ċinetika

L-enerġija ċinetika hija l-enerġija tal-moviment. Kull oġġett li jibda jemmel għandu enerġija ċinetika għalkemm jista' jippuša oġġetti oħra u jagħmelhom jimmlu. Iżda iktar pesanti u iktar malajr li jemmel, iktar enerġija ċinetika għandu.

Formi ta' enerġija

L-enerġija tisbagħat f'ħafna formi: mekkanika, termali (ħxuna), elettrika, ħażina (dawl), kimika, u enerġija tas-silenzju.

Liġi tal-Konservazzjoni tal-Enerġija

L-enerġija qatt ma tifforma jew timmorr; biss tista' tintużza minn forma għall-oħra. Din hija waħda mis-soltu liġijiet importanti ġewwa l-fiżika.

Figura 1-6 Il-Liġi tal-Konservazzjoni tal-Enerġija: l-enerġija qatt ma tmorr, biss tintużza għall-forma oħra.

It-tibu tal-enerġija

L-enerġija elettrika mill-bużżun tista' tibda dawl (f'bumbu), ħxuna (f'ħeles), moviment mekkaniku (f'mutur), jew silenzju (f'spiker), skont il-biża', u l-enerġija hi dejjem konservata — biss tibda forma oħra.

Eżempju ieħor: li tisliq is-siġra bil-ħajt ittawwal l-enerġija ċinetika tal-korp għall-ħxuna fis-siġra u fil-idejn, li għalkemm il-frizzjoni tibbażza lilik u tisħan is-siġra.

Istati ta' Enerġija

Enerġija ċinetika — enerġija fil-moviment

L-enerġija ċinetika tirrappreżenta l-ħaġa li ġew jagħmlu bħala xogħol — hija l-enerġija li oġġett għandu minħabba li jinħareġ. It-tulb ta' forom ta' enerġija irridu jkunu fil-istat ċinetiku qabel ma jistgħu jagħmlu xogħol utli.

Enerġija potenzjali — enerġija sturata

L-enerġija potenzjali hija enerġija sturata. Meta t-taħditiet ħajjin jiġu mfuli, l-enerġija potenzjali tibdel f’enerġija ċinetika u tikkawża l-moviment. L-enerġija potenzjali ġejja mis-silta fiżika tal-oġġett jew mill-pożizzjoni tagħmel fuq punt ta' referenza.

Eżempji: il-ilma sturat f’tank elevat għandu enerġija potenzjali minħabba l-għoli tagħmel — jista' jinżel is-soltu u jagħmel xogħol f’livell iżda baxx. Batterija li mhix mgħożla mal-ċirkwit tistura enerġija potenzjali kimika.

Figura 1-8: Tnejn minn eżempji familjari ta' enerġija potenzjali: torri tal-ilma sovra u batterija karikata.

It-tibdil fl-istati ta' enerġija

L-enerġija potenzjali u l-enerġija kinetika jibdulu b’mod ħofra minn waħda għall-oħra. Il-biżża fil-barrak hija enerġija potenzjali; meta tisil lejn is-soltu tibda tkun enerġija kinetika; meta timli kontenitur u tirbex it-tajjara, tibda tkun enerġija potenzjali ħaddan.

Lavoru

Il-ħaġa tisir meta forza ta’ azzjoni fuq oġġett u tmużuhu b’distanza. Jekk ma jinħareġ xejn, ma tisirx ħaġa.

Ġul, J = N·m

Il-unità SI tal-ħaġa hija l-ġul (J). Bil-unitajiet użati fir-Renju Unit, il-ħaġa tintwela b’pound-fut (ft·lbs).

Formula tal-ħaġa

(J) = (m) × (N) jew (ft.lbs) = (ft) × (lbs)

Eżempju: Forklift tirbex kull pallet 5 fut (1,524 m) b’forza ta’ 2000 pound (8880 N). Il-ħaġa magħmula per pallet:

Figura 1-9 Xogħol = forza × distanza. Il-maċina tal-biżut tagħmel xogħol kull darba li tirbija paletta.

Il-potenza

Ix-xogħol ġeneralment isir f’xi ammont ta’ ħin. Il-potenza hija r-rata bil-liema l-xogħol isir — il-kwantità ta’ xogħol li ssir f’unitajiet ta’ ħin.

Formula tal-potenza

(W) = (m) × (N) ÷ (s) jew (ft·lbs/s) = (ft) × (lbs) ÷ (s)

Bill-eżempju tal-maċina tal-biżut: jekk il-xogħol ta’ 10,000 ft·lbs isir f’5 sekondi, il-output tal-potenza huwa:

Il-ħaġar tal-ħammar (HP)

Il-ħaġar tal-ħammar huwa l-unità imperjali tal-potenza. James Watt, li bbiss il-maċina tal-isteam, iddefinilha b’paragun bejn il-maċina tiegħu u ħammar li kien jaħdem. Scopra li l-ħammar kien jista’ jibda 550 lbs b’distanza ta’ 1 ft f’siekond wieħed:

Formula tal-ħaġa tal-ħaġa

kW = HP × 0.746

Għall-eżempju tal-bil-ħażin: 2,000 ft·lbs/s ÷ 550 = 3.6 HP (= 2,707 W = 2.71 kW).

Figura 1-11 James Watt iddefinixxa 1 HP bħala 550 ft·lbs bil-sekonda wara li osserva l-ħajt li jħaddmu.

Pressjoni

Il-prezzjura tkejjel l-intensità tal-forza — kif hija konċentrata din il-forza fuq ħanut partikolari. Żewġ oġġetti jistgħu japplikaw l-istess forza totali iżda jipproduċu prezzjuri ħafna differenti skont l-erja ta’ kuntatt.

Eżempju ta’ kuljum: il-baħar bil-ħaġa għolja kontra dawk bil-baħar ħafna. It-tnejn jżidu l-istess pissa tal-korp, iżda l-erja żżelila tal-ħaġa tikkonċentraha f’prezzjura ħafna għolja fuq il-biża’, filwaqt li s-sulda bil-baħar tispara l-istess forza fuq erja ikbara u tproduċi prezzjura baxxa. Kull wieħed li ġara li tibqa’ il-ħaġa fuq il-qadam tiegħu ifhem dan.

Formula tal-prezzjura

(Pa = N/m²) = (N) ÷ (m²) jew (psi) = (lbs) ÷ (in²)

Konverżjonijiet tal-unitajiet:

• 1 bar = 10^5 N/m^2 = 10^5 Pa
• 1 bar = madwar 14,5 psi
• Il-prezzura atmosferika standard = 14,7 psia = 1,01 bar = 101 000 Pa

Eżempju: Blokk b’baza ta’ 100 in² (645 cm²) li jippeża 100 lbs (444 N). Il-prezzura = 100 lbs ÷ 100 in² = 1 psi (0,07 bar). Iż-100 lbs istess fuq pin ta’ ħadid b’baza ta’ 0,25 in² (1,6 cm²): 100 ÷ 0,25 = 400 psi (27,6 bar).

Figura 1-12: Istejja forza, prezzuri ħafna differenti. Iżda l-aktar żżellet il-baża, it-tajjeb il-prezzura.

Enerġija ta’ xogħol

Il-mod kif il-makkini jużaw l-enerġija huwa ħajt permezz tal-prezzura. Il-prezzura hija dak li tkun ikkisba meta l-enerġija ċinetika ta’ azzjoni fuq is-silġ tas-sħiħ. L-enerġija ta’ xogħol għamlitha l-enerġija ċinetika ma’ l-prezzura biex tibda s-sħiħ.

Konverżjoni tal-enerġija ta’ xogħol

F’kull sistema ta’ trasmissjoni, ħafna mill-enerġija ta’ xogħol tintal-laħaq minħabba l-frizzjoni fil-bidu tas-sħiħ. Din l-enerġija persa ma titħassarx — tikkonverti għall-biża’ (ħoss). Il-frażjoni tal-enerġija li tikkonverti għall-biża’ hija l-persa tas-sistema, u hi dawk li jagħmlu s-sistemi ineffiċjenti.

Il-pressjoni fis-sors hija ogħla mill-pressjoni fil-biżaħ għalkemm l-enerġija tintużza biex titwaggat il-frizzjoni fit-tubijiet, il-valvi u l-ikkonnessjonijiet tul il-bidu.

Figura 1-13: L-enerġija li tixxerja timmex mis-sors sal-biżaħ. Il-frizzjoni tul il-bidu toħloq ħoss, li jinnaqqas il-pressjoni li tilħaq il-biżaħ.

Metodi tat-Trasmissjoni tal-Enerġija

Hemm erba’ modi li l-makkini jitrasmittu l-enerġija mis-sors sa fejn is-seħħ il-ħidma:

Trasmissjoni Mekkanika

L-enerġija timmex permezz ta’ mozzjoni fiżika — barri, kateni, ingranaggi, pullejji, bilti u kams. Il-biżaħ huwa parti mekkanika li tibda tisir b’możżjoni direttament ikkonnessa mas-sors tal-enerġija.

Trasmissjoni Elettrika

L-enerġija timmex tul il-kondutturi elettriċi (tubijiet) u tintbagħat għall-attur elettriku — motor jew solenoid — biex is-seħħ il-ħidma.

Trasmissjoni Pneumatika

L-enerġija timmex fit-tubijiet bħala fluss ta’ ajru mpress bil-pressjoni u tintbagħat għall-attur pneumatiku (silindru ajru jew motor ajru) biex is-seħħ il-ħidma.

Trasmissioni Hidraulika

L-enerġija tiffrank b’pipi bħala likwidu (oġġu) b’pressjoni u tintbagħat għall-attur idrauliku (silindru jew motor) biex isir il-ħidma mekkanika. Dan huwa l-biżża tal-kors kollu.

Kull mašina, fil-bażi tagħmel ħidma mekkanika. L-enerġija f’kull forma — elettrika, pneumatika, idraulika — trid tintbaddel mill-ġdid għal enerġija mekkanika minn attur qabel ma tista’ tintbaddel il-biżża. Kull metodu għandu ħsara u vantaġġi, u ħafna mašini jkombinaw tnejn jew aktar metodi.

Figura 1-17: It-trasmissjoni idraulika tittrasferi l-enerġija bħala likwidu b’pressjoni. Is-silindru jew il-motor fit-tmiem jibaddluha mill-ġdid għal forza mekkanika.

Loss tas-sistema

F'kull sistema ta' trasmissjoni reali, ħafra enerġija tintużat bħala ħxuna qabel ma tiflet il-biża', minħabba l-frizzjoni. L-enerġija li tixtieb (l-enerġija kinitika taħt pressjoni) tagħmel effett fuq is-saħħiet fit-tubijiet u fil-valvi, li jikkawżaw ir-resistenza u l-ħxuna. Din il-perdita tiflu bħala drupp fil-pressjoni mis-sors sal-biża'. L-enerġija tibqa' konxervata — biss tibdel il-forma tagħmel, li jagħmel is-sistema inaqs iktar effiċjenti.