Cơ nhân tạo khí nén ngắn lại khi được bơm phồng bằng cách nào?
Khám phá mở rộng – Vật lý 10
Một số cơ nhân tạo khí nén gồm ống đàn hồi được gia cường bằng các sợi bố trí theo hình học thích hợp. Khi cấp áp suất, ống phình ngang nhưng ngắn lại dọc trục, tạo lực kéo ở hai đầu. Hình dáng đổi nhờ phối hợp giữa áp suất và ràng buộc của sợi.
Phình ngang có thể kéo hai đầu gần nhau
Một quả bóng dài không có gia cường có thể giãn theo nhiều hướng khi bơm. Với phần tử cơ khí nén, các sợi hạn chế những cách biến dạng không mong muốn.
Trong kiểu sợi đan nghiêng, có thể hình dung góc nghiêng của sợi thay đổi khi đường kính tăng. Vì sợi không tự dài thêm tùy ý, sự nở ngang đi cùng thay đổi khoảng cách hai đầu. Hình học toàn cấu trúc chuyển tác dụng áp suất thành co dọc.
Không phải mọi ống cao su bơm phồng đều tự tạo được hiệu ứng này. Cách gia cường và điều kiện giữ đầu ống có vai trò quyết định.
Lực kéo có nguồn năng lượng
Khí nén tác dụng lên thành và thực hiện công khi cấu trúc đổi hình. Năng lượng tới từ hệ cấp khí, không xuất hiện vì vật liệu có tên “cơ nhân tạo”.
Ví dụ, một khớp máy có thể được kéo bằng phần tử co này thay cho pít-tông đẩy thẳng. Khi cần chuyển động ngược, thiết kế có thể dùng tải hồi, lò xo hoặc một phần tử kéo đối kháng. Một cơ kéo đơn lẻ không tự trở thành bộ chấp hành đẩy–kéo đối xứng.
Giống cơ thể ở chuyển động, khác ở nguyên lý bên trong
Tên gọi gợi liên tưởng tới cơ sinh học vì có sự co và tạo lực. Nhưng cơ sinh học sử dụng những cơ chế phân tử khác; phần tử khí nén đang xét sử dụng áp suất và cấu trúc sợi.
Lực không nhất thiết giữ nguyên suốt quá trình co. Hành trình, độ co, áp suất, tải và đặc tính vật liệu cùng quyết định trạng thái làm việc. Mềm cũng không có nghĩa tự động chính xác hoặc phù hợp mọi tải.
Hiểu lầm: chỉ cần biết áp suất là biết duy nhất lực ở đầu kéo. Hình học tại thời điểm đang co và miền vận hành cũng cần được xét.
Ghi nhớ: khí cấp công, thành nở ngang, sợi ràng buộc hình học, hai đầu gần nhau; lực kéo là kết quả của cả một cấu trúc.
Đọc thêm
- Vì sao cao su co lại sau khi bị kéo không giống một lò xo kim loại?
- Cơ cấu mềm chuyển động được thế nào khi không có khớp xoay riêng?