परीक्षा अभ्यास

घुमाउरो बाटो लामो र कम भिरालो छड्के सतह हो। उचाइ उही हुँदा लामो बाटोको भिरालोपन कम र VR (l ÷ h) ठुलो हुन्छ। त्यसैले भारी भार बोकेका गाडीलाई उक्लन कम बल चाहिन्छ। ठाडो बाटोमा भन्दा कम भिरालो बाटोमा गाडी चलाउन (र ब्रेक लगाउन) पनि सुरक्षित हुन्छ।

क्रेन धेरै सरल यन्त्र मिलेर बनेको हुन्छ: यसको हात उत्तोलक हो, यसमा घिर्नी प्रणालीले लोड उचालिन्छ र डोरी ड्रममा, अर्थात् पाङ्ग्रा र बिँडमा, बेरिन्छ। दुई वा दुईभन्दा बढी सरल यन्त्र मिलेर बनेको यन्त्रलाई जटिल यन्त्र भनिन्छ।

हरेक यन्त्रमा लागत कार्यको केही भाग चल्ने भागहरूबिचको घर्षण जित्न (र धेरै यन्त्रमा चल घिर्नीजस्ता चल्ने भाग उचाल्न) खर्च हुन्छ। यो कार्य उपयोगी उत्पादित कार्यमा नबदलिई ताप र ध्वनिमा बदलिन्छ। तसर्थ उत्पादित कार्य सधैँ लागत कार्यभन्दा कम हुन्छ र कार्यक्षमता सधैँ 100% भन्दा कम हुन्छ।

VR इफोर्ट र लोडले पार गर्ने दुरीमा मात्र भर पर्ने भएकाले घर्षणले यसलाई बदल्दैन। तर घर्षण (र चल्ने भागको तौल) का कारण पूर्ण यन्त्रमा भन्दा बढी इफोर्ट चाहिन्छ। MA = लोड ÷ इफोर्ट भएकाले इफोर्ट बढ्दा MA घट्छ। तसर्थ MA < VR हुन्छ। घर्षण नहुने पूर्ण यन्त्रमा मात्र MA = VR हुन्थ्यो।

पाङ्ग्रा र बिँडले उत्तोलकले जस्तै काम गर्छ: अक्षको केन्द्र फलक्रम हो र उत्तोलकका दुई भुजामा जस्तै इफोर्ट पाङ्ग्राको किनारामा (अर्धव्यास R) र लोड बिँडको किनारामा (अर्धव्यास r) लाग्छ। साधारण उत्तोलक यसरी घुम्न सक्दैन, तर पाङ्ग्रा र बिँड 360° फन्को मारेर घुमिरहन सक्छ। यस क्रममा पाङ्ग्रा र बिँडका नयाँ नयाँ बिन्दु लगातार इफोर्ट र लोडका बिन्दु बन्दै जान्छन्। त्यसैले यो निरन्तर काम गर्ने उत्तोलक हो।

मानिसको बलले मात्र चलाइने र काम सजिलो, छिटो वा सुविधाजनक बनाउने साधारण औजारलाई सरल यन्त्र भनिन्छ। यसका फाइदा:

• i.यसको प्रयोगले बल प्रवर्धन गर्न सकिन्छ, त्यसैले सानो इफोर्टले ठुलो लोड उचाल्न वा सार्न सकिन्छ (उत्तोलक, ज्याक);
• ii.बलको दिशा परिवर्तन गरेर त्यसलाई बढी सजिलो दिशातिर लगाउन सकिन्छ (अचल घिर्नी);
• iii.वेग वा दुरी बढाउन सकिन्छ (लट्टाइ, साइकलको गियर);
• iv.बढी सुरक्षित वा सजिलो अवस्थामा बसेर काम गर्न सकिन्छ।

जटिल काम गर्न दुई वा दुईभन्दा बढी सरल यन्त्र मिलेर बनेको यन्त्रलाई जटिल यन्त्र भनिन्छ। उदाहरण: साइकल। यसको पाउदान र क्र्याङ्क पाङ्ग्रा र बिँड हुन्। चेनले जोडिएका अगाडिको चेन पाङ्ग्रा र पछाडिको स्प्रोकेट पनि पाङ्ग्रा र बिँड हुन्। पाङ्ग्राहरू बिँडमा घुम्छन्, ब्रेकका लिभर उत्तोलक हुन् र यसका भागहरू पेच (नटबोल्ट) ले जोडिएका हुन्छन्। यी सबैको सहायताले चालकले पाउदानमा लगाएको धक्का साइकलको छिटो चालमा बदलिन्छ।

भारी लोडलाई सिधै माथि उचाल्नुभन्दा कम इफोर्टले अग्लो ठाउँसम्म पुर्‍याउन प्रयोग गरिने भिरालो सतहलाई छड्के सतह भनिन्छ। उदाहरण: ट्रकमा ड्रम चढाउन प्रयोग गरिने फलेक, ह्विलचेयरका लागि बनाइएको र्‍याम्प, भर्‍याङ तथा पहाड उक्लने भिरालो वा घुमाउरो बाटो।

एकातिर फराकिलो र चेप्टो तथा अर्कोतिर दुईओटा छड्के सतह मिलेर बनेको धारिलो छेउ भएको औजारलाई फेसो भनिन्छ। यो छड्के सतहकै विशिष्ट रूप हो। महत्त्व: यसको धारिलो छेउ वस्तुभित्र सजिलै छिर्छ र भिरालो सतहले वस्तुलाई इफोर्टभन्दा धेरै ठुलो बलले दुईतिर धकेल्छ। त्यसैले फेसोको प्रयोगले वस्तुलाई सजिलै चिर्न, काट्न र छेड्न सकिन्छ। उदाहरण: बन्चरो (दाउरा चिर्ने), चक्कु र चुलेँसी (खानेकुरा काट्ने), छिनो (काठ र ढुङ्गालाई आकार दिने), सियो र किला (छेड्ने), कैँचीका धार र हलो।

बेलनाको वरिपरि स्पाइरल रूपमा (धागोका रूपमा) बेरिएको छड्के सतहलाई पेच भनिन्छ। त्यसैले यो स्पाइरल छड्के सतह हो। यसलाई घुमाउँदा यो हरेक फन्कोमा ठुलो बलका साथ एक पिच अगाडि सर्छ। प्रयोग: फर्निचर जोड्ने काठका पेच, धातु कस्ने नटबोल्ट, गाडी उचाल्ने ज्याक स्क्रु, बोतल वा भाँडाको बिर्को, काम गर्दा वस्तु च्याप्ने भाइस, घुमाएर उचाइ मिलाइने मुढा, कर्क खोल्ने कर्कस्क्रु।

• i.एक चक्के अचल घिर्नी: घिर्नीलाई आधारमा जडान गरिएको हुन्छ र यो घुम्छ मात्र। डोरीको एकातिर लोड झुन्डिन्छ र अर्कोतिर इफोर्टले तल तान्छ। यसको VR = 1 र MA बढीमा 1 हुन्छ। यसलाई बलको दिशा परिवर्तन गर्न प्रयोग गरिन्छ (झन्डाको खम्बा, इनार)।
• ii.एक चक्के चल घिर्नी: डोरीको एक छेउ माथि बाँधिएको हुन्छ। डोरी घिर्नीमुनिबाट जान्छ र घिर्नी लोड बोकेर त्यसैसँग सर्छ। इफोर्टले डोरीको खुला छेउलाई माथि तान्छ। लोडलाई डोरीका दुईओटा खण्डले थामेका हुने भएकाले VR = 2 र इफोर्ट लोडको करिब आधा हुन्छ।
• iii.संयुक्त घिर्नी (ब्लक एन्ड ट्याकल): यसमा कम्तीमा एउटा अचल र एउटा चल घिर्नी सँगै प्रयोग गरिन्छन्। VR = लोड थाम्ने डोरीका खण्डको सङ्ख्या हुन्छ र घिर्नी धेरै हुँदा MA ठुलो हुन्छ। माथिको अचल घिर्नीले गर्दा इफोर्ट तलतिर लगाउन सकिन्छ।

चित्रहरू चित्र 8.2 मा कोरिएका छन्।

पेच (चित्र 8.5): पेचको अक्षबाट R दुरीमा (ह्यान्डलमा) इफोर्ट लगाएर यसलाई एक फन्को घुमाउँदा इफोर्ट 2πR सर्छ भने पेच एक पिच (P) अगाडि सर्छ। त्यसैले VR = 2πR ÷ P हुन्छ। पेचले सार्ने लोड (वा जित्ने अवरोध) र इफोर्ट नापेर MA निकालिन्छ: MA = लोड ÷ इफोर्ट।
फेसो (चित्र 8.4): फेसोलाई पूरै भित्र छिराउँदा इफोर्ट यसको लम्बाइ (गहिराइ) H जति सर्छ र वस्तु यसको चौडा भागको चौडाइ L जति दुईतिर धकेलिन्छ। त्यसैले VR = H ÷ L हुन्छ। MA = वस्तुको अवरोध (लोड) ÷ लगाइएको इफोर्ट।

VR = l ÷ h भएकाले उचाइ उही हुँदा लामो र कम भिरालो सतहको VR ठुलो हुन्छ। यस्तो सतहमा कम इफोर्ट लाग्ने भएकाले यसको MA पनि ठुलो हुन्छ। घर्षण घटाएर पनि MA बढाउन सकिन्छ: सतह चिल्लो बनाएर, बेलना वा पाङ्ग्रा प्रयोग गरेर (घिसार्नुको सट्टा ट्रली) वा ग्रिज लगाएर। उदाहरण: पहाडका घुमाउरा बाटा, ह्विलचेयरका लागि लामा र कम भिरालो र्‍याम्प, ट्रकमा सामान चढाउन लामो फलेक।

यसको अर्थ इफोर्टले यन्त्रमा गरेको लागत कार्यको 75% लोडमा उपयोगी उत्पादित कार्यमा बदलिन्छ र बाँकी 25% खेर जान्छ। खेर जाने कार्य प्रायः घर्षण जित्न खर्च भएर ताप र ध्वनिका रूपमा निस्कन्छ। अर्थात् उत्पादित कार्य ÷ लागत कार्य = 0.75 र MA ÷ VR = 0.75 हुन्छ।

पूर्ण यन्त्रको कार्यक्षमता 100% हुन्थ्यो: सम्पूर्ण लागत कार्य उत्पादित कार्यमा परिणत हुन्थ्यो र MA, VR बराबर हुन्थ्यो। तर हरेक यन्त्रमा एकअर्कासँग घसिने चल्ने भाग हुने भएकाले सधैँ केही घर्षण हुन्छ। घर्षणले गर्दा लागत कार्यको केही भाग तापमा बदलिन्छ। धेरै यन्त्रले आफ्ना केही भाग पनि उचाल्नुपर्छ। कुनै पनि सतहलाई पूरै घर्षणरहित बनाउन नसकिने भएकाले उत्पादित कार्य सधैँ लागत कार्यभन्दा कम हुन्छ। तसर्थ पूर्ण यन्त्र बनाउन सकिँदैन।

पाङ्ग्रा र बिँडमा (चित्र 8.6) R अर्धव्यासको पाङ्ग्रा र r अर्धव्यासको बिँड एउटै अक्षमा जोडिएका हुन्छन्। इफोर्टको डोरी पाङ्ग्रामा र लोडको डोरी बिँडमा बेरिएको हुन्छ। एक पूरा फन्को घुमाउँदा इफोर्टको डोरी पाङ्ग्राको परिधि 2πR (इफोर्ट दुरी) जति फुक्छ भने लोडको डोरी बिँडको परिधि 2πr (लोड दुरी) जति बेरिन्छ। त्यसैले
VR = इफोर्ट दुरी ÷ लोड दुरी = 2πR ÷ 2πr = R ÷ r।

• i.लुगा सिउने मेसिन: उत्तोलक (पाउदान र सियोको डन्डी), पाङ्ग्रा र बिँड (हाते पाङ्ग्रा र बेल्टको घिर्नी), फेसो (सियोको टुप्पो), पेच।
• ii.स्टिच मेसिन: उत्तोलक (थिचिने माथिल्लो हात), फेसो (स्टिच पिनका धारिला टुप्पा)।
• iii.साइकल: पाङ्ग्रा र बिँड (पाउदान र क्र्याङ्क, चेन पाङ्ग्रा, पाङ्ग्रा, ह्यान्डल), उत्तोलक (ब्रेकका लिभर), पेच (नटबोल्ट)।
• iv.पिठो पिस्ने मेसिन: घिर्नी र बेल्ट (मोटरबाट), पाङ्ग्रा र बिँड (शाफ्ट र जाँतो), पेच (जाँताबिचको खाली ठाउँ मिलाउन), उत्तोलक (त्यसलाई मिलाउने ह्यान्डल)।

लोड = बाकसको तौल = mg = 90 × 10 = 900 N।
MA = लोड ÷ इफोर्ट = 900 ÷ 300 = 3।
VR = l ÷ h = 20 ÷ 5 = 4।
कार्यक्षमता = MA ÷ VR × 100% = 3 ÷ 4 × 100% = 75%।

लोडलाई डोरीका चारओटा खण्डले थामेका छन्, त्यसैले VR = 4।

• ii.η = MA ÷ VR × 100% बाट: 80 = MA ÷ 4 × 100, त्यसैले MA = 3.2।
• i.MA = लोड ÷ इफोर्ट भएकाले इफोर्ट = 1000 ÷ 3.2 = 312.5 N।
• iii.उत्पादित कार्य = लोड × लोड दुरी = 1000 N × 6 m = 6000 J।

इफोर्ट दुरी = VR × लोड दुरी = 4 × 6 m = 24 m, त्यसैले लागत कार्य = इफोर्ट × इफोर्ट दुरी = 312.5 N × 24 m = 7500 J। (जाँच: 6000 ÷ 7500 = 80%।)

MA = लोड ÷ इफोर्ट = 500 ÷ 250 = 2।
VR = R ÷ r = 20 ÷ 5 = 4।
कार्यक्षमता = MA ÷ VR × 100% = 2 ÷ 4 × 100% = 50%।

MA = लोड ÷ इफोर्ट = 500 ÷ 300 = 1.67।
VR = लम्बाइ ÷ चौडाइ = 12 ÷ 6 = 2।
कार्यक्षमता = MA ÷ VR × 100% = 1.67 ÷ 2 × 100% = 83.3%।