mașini simple Sunt dispozitive mecanice care schimbă amploarea sau direcția unei forțe. Ele pot fi definite în general ca fiind cele mai de bază dispozitive care utilizează un avantaj mecanic, numit și pârghie, pentru a crește forța..
De-a lungul istoriei, oamenii au dezvoltat diverse dispozitive pentru a facilita munca. Cele mai importante sunt cunoscute sub numele de cele șase tipuri de mașini simple: pârghia, roata și arborele, fulia, planul înclinat, pană și șurub..
Când auzi cuvântul mașină, te gândești la ceva de genul unui excavator sau al unui motor cu aburi. Cu toate acestea, în știință, o mașină este orice lucru care face o forță mai mare.
O mașină poate crește cantitatea de forță produsă, cu prețul unei reduceri proporționale a distanței pe care o parcurge sarcina. Avantajul mecanic este relația dintre forța produsă și forța aplicată.
O mașină simplă folosește o singură forță aplicată care acționează împotriva unei singure forțe de încărcare. Ignorând pierderile prin frecare, munca efectuată la sarcină este egală cu munca efectuată de forța aplicată.
Indice articol
Mașinile simple sunt peste tot, fiind utilizate în fiecare zi pentru a efectua sarcini simple. Ele au fost folosite și din primele zile ale existenței umane.
Mașinile simple pot fi considerate ca blocurile elementare din care sunt compuse toate mașinile mai complexe, numite mașini compuse..
În mecanismul unei biciclete, de exemplu, sunt utilizate fulii, pârghii și roți. Avantajul mecanic al unei mașini compuse nu este altceva decât rezultatul avantajelor mecanice ale mașinilor simple care o compun..
Cu toate acestea, deși continuă să fie considerate foarte importante în mecanică și știința aplicată, mecanica modernă a depășit viziunea mașinilor simple ca blocuri elementare din care sunt compuse toate mașinile..
În jurul secolului al III-lea î.Hr. C. a creat ideea unei mașini simple, alături de filosoful grec Arhimede, care a studiat următoarele mașini simple: pârghie, scripete și șurub.
El a descoperit în pârghie principiul avantajului mecanic. Celebrul său comentariu cu privire la pârghie: „Dă-mi un loc în care să mă înclin și voi muta Pământul” își exprimă înțelegerea că nu a existat nicio limită a cantității de creștere a forței care ar putea fi realizată cu utilizarea avantajului mecanic..
Mai târziu, filozofii greci au definit cinci mașini simple clasice și au putut să calculeze avantajul mecanic pe care îl aveau.
De exemplu, la locul de muncă Mecanică, Heron of Alexandria (10-75 d.Hr.) enumeră cinci dispozitive care pot seta o sarcină în mișcare: scripete, roată și ax, pârghie, șurub și pană, detaliind construcția și utilizarea acestora.
Cu toate acestea, cunoașterea grecilor a fost limitată la statica mașinilor simple (echilibrul forțelor), fără a include dinamica, conceptul de muncă sau compromisul între forță și distanță..
Dinamica forțelor mecanice, așa cum se numeau mașini simple, a început să fie studiată în timpul Renașterii, din perspectiva cât de departe ar putea fi ridicată o sarcină, în plus față de forța care ar putea fi aplicată, ceea ce a condus în cele din urmă la noul concept mecanic muncă.
Avantajul mecanic al planului înclinat a fost dedus de inginerul flamand Simon Stevin în 1586. A fost inclus împreună cu celelalte mașini simple..
Omul de știință italian Galileo Galilei a elaborat în 1600 teoria dinamică completă a mașinilor simple, în lucrarea sa Le Meccaniche, unde a dezvăluit asemănarea matematică subiacentă ca amplificatoare de putere ale acestor mașini. El a fost primul care a explicat că mașinile simple nu creează energie, ci doar o transformă.
Leonardo da Vinci a descoperit regulile clasice ale fricțiunii glisante în mașini, dar acestea nu au fost publicate sau documentate în grundul său. În 1699 Guillaume Amontons a redescoperit aceste reguli și în 1785 au fost dezvoltate de Charles-Augustin de Coulomb.
Mașinile simple sunt dispozitive fără sau cu foarte puține piese în mișcare, care facilitează munca. Funcția principală a unei mașini simple este amplificarea forței sau modificarea mișcării.
Mișcarea și forța într-o mașină simplă sunt inseparabile. Sunt întotdeauna în relație inversă.
Forța produsă de o pârghie este mai mare decât forța aplicată acesteia, dar mișcarea produsă este mai mică decât mișcarea aplicată. Adică, un câștig de forță este însoțit de o pierdere a mișcării.
În mecanică, munca este ceva ce fac forțele atunci când se deplasează în direcția în care acționează. Adică, atunci când se aplică o forță pentru a parcurge o distanță, se produce muncă. Aceasta se exprimă matematic ca: Muncă = Forță × Distanță.
De exemplu, pentru a ridica un obiect, trebuie să se lucreze care depășește forța gravitațională și astfel să poată muta obiectul în sus.
Pentru a ridica un obiect de două ori mai greu, este nevoie de două ori mai multă muncă pentru a-l ridica la aceeași distanță. De asemenea, ar fi nevoie de două ori mai multă muncă pentru a ridica același obiect de două ori mai departe..
Acest concept de lucru este fundamental pentru a defini funcția mecanică la mașinile simple în termeni de forță și mișcare, evidențiind inseparabilitatea forței și mișcării..
Relația dintre forță este cea care îndeplinește o muncă în raport cu forța aplicată. Prin urmare, este eficiența amplificării forței unei mașini simple.
Avantajul mecanic al mașinilor simple înseamnă că poate fi utilizată mai puțină forță pentru a muta un obiect, dar acesta trebuie deplasat pe o distanță mai mare..
De multe ori, o sarcină este considerată a fi dificilă, deoarece necesită multă forță. Folosirea compromisului între distanță și forță poate face sarcina mult mai ușor de realizat.
Un exemplu este împingerea unui obiect greu pe o rampă. Este mai ușor să împingeți obiectul în jos pe rampă decât să îl ridicați la înălțimea corectă, dar trebuie parcursă o distanță mai mare.
Mașinile simple simplifică munca prin îndeplinirea uneia sau mai multora dintre următoarele funcții:
- Transferați o forță dintr-un loc în altul.
- Schimbați direcția unei forțe.
- Măriți magnitudinea unei forțe.
- Măriți distanța unei forțe.
Deși mașinile simple iau multe forme diferite, ele vin în șase tipuri de bază:
- Pană: dispozitiv pentru separarea lucrurilor.
- Roată și osie: utilizate pentru a reduce frecarea și ca multiplicator de forță.
- Pârghie - Se deplasează în jurul unui punct de sprijin pentru a crește sau a reduce avantajul mecanic.
- Plan înclinat - ridică obiecte atunci când urcă o pantă.
- Șurub - un dispozitiv care poate ridica sau ține articole împreună.
- Rola: modificați direcția unei forțe.
Mașinile simple îi ajută pe oameni să crească forța aplicată unui obiect. Oferiți un avantaj mecanic pentru a ajuta la mișcarea obiectelor.
Așa cum indică formula de lucru, principalul beneficiu al mașinilor simple este acela de a face aceeași cantitate de muncă prin aplicarea unei cantități mai mici de forță pe o distanță mai mare..
De exemplu, doriți să ridicați un obiect care cântărește 10 kilograme la 2 metri de la sol. 10 kg de forță pot fi exercitate asupra obiectului în direcția ascendentă, pe o distanță de 2 metri, făcând astfel 20 de Newtoni de lucru.
Dacă s-ar utiliza o pârghie de 3 metri, plasând obiectul la un capăt și plasând un punct de sprijin de 10 cm sub bară la o distanță de 1 metru de obiect, atunci pentru a ridica obiectul ar trebui să împingeți în jos pe celălalt capăt cu o forță de doar 5 kilograme.
Cu toate acestea, capătul pârghiei ar trebui împins în jos cu 4 metri pentru a ridica obiectul la doar 2 metri.
Există un compromis. Coborârea pârghiei dublează distanța anterioară, dar reduce forța necesară la jumătate, făcând aceeași cantitate de muncă..
Este un fel de bară rigidă care este susținută de un punct de sprijin fix. Se compune dintr-o sarcină, care este obiectul care trebuie mutat sau ridicat, un punct de sprijin, care este pivotul și un efort, care este forța necesară pentru a mișca sau ridica sarcina..
Aplicarea unei forțe la un capăt al pârghiei creează o forță mai mare la celălalt capăt. Forța aplicată va crește sau scădea în funcție de distanța de la punctul de sprijin până la sarcină și tensiune.
Se compune dintr-o roată atașată la o axă mai mică, astfel încât aceste două părți să se rotească împreună, unde o forță este transferată de la una la alta. O balama susține arborele, permițând rotația.
Facilitează lucrurile de mișcare a obiectelor pe distanțe. Roata, care este capătul rotund, se rotește cu axa cilindrică, provocând mișcarea.
De asemenea, poate amplifica forța. O forță mică aplicată pe circumferința unei roți mari poate muta o sarcină mai mare atașată la o axă..
Este proiectat pentru a susține mișcarea și schimbarea direcției unei frânghii întinse. Coarda se înfășoară în jurul unei roți. Pe măsură ce roata se rotește, coarda se mișcă în ambele direcții.
Dacă un cârlig este conectat la frânghie, rotația roții poate fi utilizată pentru ridicarea și coborârea obiectelor, facilitând munca.
Este o suprafață plană, cu un capăt mai înalt decât celălalt, folosit ca suport pentru ridicarea sau coborârea unei sarcini. Sunt utilizate pe scară largă pentru a deplasa sarcini grele peste obstacole verticale.
Deplasarea unui obiect pe un plan înclinat necesită mai puțină forță decât ridicarea acestuia direct, cu prețul unei creșteri a distanței parcurse..
Avantajul mecanic al unui plan înclinat este egal cu raportul dintre lungimea suprafeței înclinate și înălțimea pe care o acoperă.
Este un instrument de formă triunghiulară. Poate fi folosit pentru a separa două obiecte, a îndepărta bucăți dintr-un obiect, a-l ridica sau a ține un obiect în poziție.
Funcționează transformând o forță aplicată la capătul său contondent în forțe perpendiculare pe suprafața sa înclinată.
Avantajul mecanic este dat de relația dintre lungimea pantei și lățimea.
Este un mecanism care transformă mișcarea de rotație în mișcare liniară și forța de rotație (cuplul) într-o forță liniară. Un șurub este într-adevăr un alt tip de plan înclinat.
Forma sa cea mai comună constă dintr-un arbore cilindric cu caneluri elicoidale numite fire de-a lungul exteriorului..
Șurubul trece printr-o gaură dintr-un alt obiect sau mediu cu filete interne care se plasează cu firele șurubului..
Câteva exemple de pârghii sunt mânerele ușilor, ghearele unui ciocan de îndepărtare a cuielor, pârghiile de fier, întrerupătoarele de lumină, deschizătoarele de sticle și balamalele..
Se găsesc acolo unde lucrurile circulă în cerc, cum ar fi un ventilator electric, un motor, o ușă rotativă, un carusel și orice roată, fie în mașină, pe skateboard sau pe bicicletă..
Sunt folosite în perdele și jaluzele pentru a le muta în sus și în jos, sau înainte și înapoi.
Pot aduce ceva de la sol, ca un steag pe un stâlp. Frânghia este trasă în jos, dar steagul urcă.
Ele sunt, de asemenea, utilizate în industrie pentru ridicarea și coborârea încărcăturilor grele, pe nave pentru ridicarea și coborârea pânzelor sau în macaralele pentru a fi utilizate la echipamente de construcție în mișcare..
Lifturile folosesc, de asemenea, scripeți pentru a deplasa mașina în jos și în sus de la etaj la etaj..
Utilizat în parcuri de scutere, rampe pentru scaune cu rotile și pentru echipamente grele pentru a intra și ieși din spatele camioanelor.
Versiuni modificate ale unei rampe găsite pe scări, scări rulante, căi de mers pe jos și chiar pe diapozitive folosite pentru a arunca poșta în cutia poștală, chiar până la un tren care urcă o pantă..
Câteva exemple de pene utilizate pentru separare pot fi o lopată, un cuțit, un topor, un târnăcop, un ferăstrău, o pereche de foarfece sau un gheață..
Panele pot, de asemenea, să țină lucrurile laolaltă, cum ar fi în cazul unei capse, a unor știfturi, a unghiilor, a cuielor sau a opritorilor de ușă.
Câteva exemple sunt pe un burghiu, un capac de borcan, un bec, un bolț, capace pentru sticle, baterii și pixuri..
O altă utilizare a șurubului este într-un dispozitiv numit pompă cu șurub. Este o mașină hidraulică uriașă în formă de șurub care intră în apă. Când se rotește, datorită formei șurubului, apa urcă pe arborele răsucit, ridicându-se acolo unde este nevoie. Pompele cu șurub sunt adesea utilizate pentru irigații și în medii agricole, cum ar fi fermele.
Nimeni nu a comentat acest articol încă.