Consideriamo ad esempio una macchina composta da una leva e una puleggia. La forza in ingresso viene applicata alla leva e la forza in uscita è generata dalla puleggia. Il vantaggio meccanico di questa macchina composta è il rapporto tra la forza in uscita e la forza in ingresso.
Ecco come si relazionano le forze di input e output:
1. Vantaggio meccanico: Il vantaggio meccanico di una macchina composta è il rapporto tra la forza in uscita (\(F_O\)) e la forza in ingresso (\(F_I\)):
$$ Vantaggio meccanico\ =\frac{Uscita\ Forza\ (F_O)}{Ingresso\ Forza\ (F_I)}$$
2. Vantaggio meccanico ideale: Il vantaggio meccanico ideale di una macchina composta è determinato esclusivamente dalla disposizione delle macchine semplici al suo interno. Non presuppone alcun attrito o perdita di energia:
$$ Ideale\ Meccanico\ Vantaggio =\frac{Uscita\ Forza\ (F_O)}{Ingresso\ Forza\ (F_I)}$$
3. Vantaggio meccanico effettivo: In realtà, l’attrito e le perdite di energia riducono il vantaggio meccanico effettivo al di sotto del valore ideale:
$$ Vantaggio effettivo\ meccanico\ =\frac{Uscita\ Forza\ (F_O)}{Ingresso\ Forza\ (F_I)}
4. Relazione tra le forze di input e output: Le forze in ingresso e in uscita sono inversamente proporzionali tra loro. Ciò significa che all’aumentare della forza in ingresso, la forza in uscita diminuisce e viceversa:
$$ F_O ∝ \frac{1}{F_I}$$
5. Input di lavoro e output di lavoro: L'input di lavoro e l'output di lavoro sono uguali in una macchina composta (trascurando l'attrito). In altre parole, l’energia immessa è uguale all’energia emessa:
$$ Lavoro\Ingresso\ (W_I) =Lavoro\Uscita\ (W_O)$$
Comprendere la relazione tra le forze in ingresso e in uscita nelle macchine composte consente a ingegneri e progettisti di ottimizzare i propri progetti per applicazioni specifiche.
