Klin

Za druge upotrebe, pogledajte Klin (višeznačna odrednica).

Izgled klina

Klin je jednostavan alat koji se upotrebljava da bi odvojio dve celine ili dva dela jedne celine, da bi se podigao neki deo ili da bi se neki deo držao na mestu. Mehanička svojstva klina zavise od njegovog oblika, odnosno od odnosa dužine i ugla oštrice klina. Što je ugao veći, obavljeni rad će biti brži, ali će zahtevati veću silu. Sa manjim uglom klina rad će se sporije obavljati, ali će potrebna sila biti manja.

Istorija

Kremena ručna sekira pronađena u Vinčesteru

Kada i gde je izmišljen i napravljen prvi klin nije poznato. Zna se samo da se klin koristi još od kamenog doba. Oko 3000. godine p. n. e. u starom Egiptu, upotrebljavani su bronzani klinovi u kamenolomima da bi odvajali blokove kamena za izgradnju. Pored bronzanih klinova upotrebljavali su se i drveni klinovi, koji su se širili nakon vlaženja vodom. U Americi neka plemena Indijanaca su upotrebljavala klinove od jelenove kosti pri obradi drveta.

Jedan rani primer klina je ručna sekira (pogledajte takođe ručni klin i Olordžasejli), koja se pravi lomljenjem kamena, uglavnom kremena, da bi se formirala bifacijalna ivica ili klin. Klin je jednostavna mašina koja transformiše bočnu silu i kretanje alata u poprečnu silu cepanja i kretanje radnog predmeta. Dostupna snaga je ograničena naporom osobe koja koristi alat, ali pošto je snaga proizvod sile i kretanja, klin pojačava silu smanjujući kretanje. Ovo pojačanje ili mehanička prednost je odnos ulazne i izlazne brzine. Za klin ovo je dato sa 1/tanα, gde je α ugao vrha. Površine klina su modelovane kao prave linije koje formiraju klizni ili prizmatični spoj.

Upotreba

Klin danas ima vrlo široku upotrebu. Primeri su sekira, klinovi za odvajanje (štemajzi), dleto...). Klinovi se koriste za podizanje teških predmeta, odvajajući ih od površine na kojoj počivaju.

Zamislite blok koji treba da se podigne klinom. Kako klin klizi ispod bloka, blok klizi uz nagnutu stranu klina. Ovo podiže težinu F_B bloka. Horizontalna sila F_A potrebna za podizanje bloka dobija se uzimanjem u obzir brzine klina v_A i brzine bloka v_B. Ako se pretpostavi da klin ne rasipa i niti skladišti energiju, onda je snaga u klinu jednaka izlaznoj snazi, ili

${\frac {F_{\mathrm {B} }}{F_{\mathrm {A} }}}={\frac {v_{\mathrm {A} }}{v_{\mathrm {B} }}}.$

Brzina bloka je povezana sa brzinom klina nagibom stranice klina. Ako je ugao klina α tada

$v_{\mathrm {B} }=v_{\mathrm {A} }\tan \alpha ,\!$

što znači da je mehanička prednost

$MA={\frac {F_{\mathrm {B} }}{F_{\mathrm {A} }}}={\frac {1}{\tan \alpha }}.$

Dakle, što je manji ugao α to je veći odnos sile dizanja i sile primenjene na klin. Ovo je mehanička prednost klina. Ova formula za mehaničku prednost se odnosi na sečenje ivica i operacije cepanja, kao i na podizanje.

Klinovi se mogu koristiti i za odvajanje predmeta, kao što su blokovi od tesanog kamena. Maljevi za cepanje i klinovi se koriste za cepanje drveta. Uski klin sa relativno dugim konusom koji se koristi za fino podešavanje rastojanja između objekata naziva se podmetač, i obično se koristi u stolarstvu.

Vrhovi viljuški i eksera su takođe klinovi, jer cepaju i odvajaju materijal u koji se guraju ili zabijaju; osovine se tada mogu čvrsto držati zbog trenja.

Oštrice i klinovi

Sečivo je složena nagnuta ravan, koja se sastoji od dve nagnute ravni postavljene tako da se ravni sastaju na jednoj ivici. Kada se ivica na kojoj se spajaju dve ravni gurne u čvrstu ili tečnu supstancu, ona prevazilazi otpor materijala da se odvoji prenoseći silu koja deluje na materijal u dve suprotne sile normalne na lice sečiva.

Prva poznata upotreba oštrice od strane ljudi bila je oštra ivica kremenog kamena koji je korišćen za razdvajanje ili cepanje životinjskog tkiva, npr. sečenje mesa. Upotreba gvožđa ili drugih metala dovela je do razvoja noževa za te vrste zadataka. Oštrica noža omogućavala je ljudima da seku meso, vlakna i druge biljne i životinjske materijale sa mnogo manjom silom nego što bi bila potrebna da se pocepaju jednostavnim povlačenjem rukama. Drugi primeri su plugovi koji odvajaju čestice zemlje, makaze koje odvajaju tkaninu, sekire koje razdvajaju drvena vlakna, i dleta i hoblerice koje odvajaju drvo.

Klinovi, testere i dleta mogu da odvoje debele i tvrde materijale, poput drveta, čvrstog kamena i tvrdih metala i to rade sa mnogo manje sile, rasipanja materijala i sa većom preciznošću nego drobljenje, što je primena iste sile na široj površini materijala koji se odvaja.

Drugi primeri klinova nalaze se u burgijama, koje proizvode kružne rupe u čvrstim materijalima. Dve ivice burgije su naoštrene, pod suprotnim uglovima, u tačku i ta ivica je namotana oko osovine burgije. Kada se burgija okreće oko svoje ose rotacije, klinovi se guraju u materijal koji treba odvojiti. Rezultujući rez u materijalu je u smeru rotacije burgije, dok spiralni oblik burgije omogućava uklanjanje rezanog materijala.

Mehanička prednost

Poprečni presek klina za cepanje čija je dužina vertikalno orijentisana. Sila koja se kreće nadole proizvodi sile upravne na njene nagnute površine.

Mehanička prednost ili MA klina može se izračunati deljenjem visine klina sa širinom klina:

${\rm {MA={Length \over Width}}}$

Što je ugao klina oštriji ili uži, to je veći odnos dužine njegovog nagiba i širine, a samim tim će imati veću mehaničku prednost.

Klin će se vezati kada je ugao klina manji od arktangensa koeficijenta trenja između klina i materijala. Stoga, u elastičnom materijalu kao što je drvo, trenje može lakše vezati uski klin nego široki. Zbog toga glava cepanja ima mnogo širi ugao od glave sekire.

Mašinski klinovi

Danas postoje klinovi, kao standardozovani mašinski elementi za ostvarivanje rastavljivih veza. Mogu biti uzdužni i poprečni.

Literatura

• Antonsson, Erik K.; Cagan, Jonathan (2005). Formal Engineering Design Synthesis. Cambridge University Press. str. 321. ISBN 978-0-521-01775-6. 
• Driscoll, Killian; García-Rojas, Maite (jul 2014). „Their lips are sealed: identifying hard stone, soft stone, and antler hammer direct percussion in Palaeolithic prismatic blade production” (PDF). Journal of Archaeological Science. 47: 134—141. doi:10.1016/j.jas.2014.04.008. Pristupljeno 19. 7. 2017. CS1 održavanje: Format datuma (veza)
• Maryon, Herbert (1948). „A Sword of the Nydam Type from Ely Fields Farm, near Ely”. Proceedings of the Cambridge Antiquarian Society. XLI: 73—76. doi:10.5284/1034398. 
• „Drawing Lessons: How to Create a Chisel Point - Pencils.com”. pencils.com. 13. 9. 2012. Arhivirano iz originala 21. 3. 2018. g. Pristupljeno 20. 3. 2018. CS1 održavanje: Format datuma (veza)
• „Why do you use the chisel grind? - Emerson Knives Inc.”. emersonknives.com. Pristupljeno 20. 3. 2018. CS1 održavanje: Format datuma (veza)
• Butler, Chris (2005). Prehistoric Flintwork. The History Press. ISBN 9780752433400. 
• Paul, Akshoy; Roy, Pijush; Mukherjee, Sanchayan (2005), Mechanical sciences: engineering mechanics and strength of materials, Prentice Hall of India, str. 215, ISBN 978-81-203-2611-8. 
• Asimov, Isaac (1988), Understanding Physics, New York: Barnes & Noble, str. 88, ISBN 978-0-88029-251-1. 
• Anderson, William Ballantyne (1914). Physics for Technical Students: Mechanics and Heat. New York: McGraw Hill. str. 112. Pristupljeno 2008-05-11. 
• „Mechanics”. Encyclopædia Britannica. 3. John Donaldson. 1773. str. 44. Pristupljeno 5. 4. 2020. CS1 održavanje: Format datuma (veza)
• Morris, Christopher G. (1992). Academic Press Dictionary of Science and Technology. Gulf Professional Publishing. str. 1993. ISBN 9780122004001. 
• Compound machines, University of Virginia Physics Department, Arhivirano iz originala 03. 08. 2019. g., Pristupljeno 2010-06-11. 
• Usher, Abbott Payson (1988). A History of Mechanical Inventions. US: Courier Dover Publications. str. 98. ISBN 978-0-486-25593-4. 
• Wallenstein, Andrew (jun 2002). „Foundations of cognitive support: Toward abstract patterns of usefulness”. Proceedings of the 9th Annual Workshop on the Design, Specification, and Verification of Interactive Systems. Springer. str. 136. ISBN 9783540002666. Pristupljeno 2008-05-21. CS1 održavanje: Format datuma (veza)
• Prater, Edward L. (1994), Basic machines (PDF), U.S. Navy Naval Education and Training Professional Development and Technology Center, NAVEDTRA 14037. 
• U.S. Navy Bureau of Naval Personnel (1971), Basic machines and how they work (PDF), Dover Publications. 
• Reuleaux, F. (1963) [1876], The kinematics of machinery (translated and annotated by A.B.W. Kennedy), New York: reprinted by Dover. 
• Cornell University, Reuleaux Collection of Mechanisms and Machines at Cornell University, Cornell University. 
• Chiu, Y. C. (2010), An introduction to the History of Project Management, Delft: Eburon Academic Publishers, str. 42, ISBN 978-90-5972-437-2 
• Ostdiek, Vern; Bord, Donald (2005). Inquiry into Physics. Thompson Brooks/Cole. str. 123. ISBN 978-0-534-49168-0. Pristupljeno 2008-05-22. 
• Strizhak, Viktor; Igor Penkov; Toivo Pappel (2004). „Evolution of design, use, and strength calculations of screw threads and threaded joints”. HMM2004 International Symposium on History of Machines and Mechanisms. Kluwer Academic. str. 245. ISBN 1-4020-2203-4. Pristupljeno 2008-05-21.