6 rodzajów prostych maszyn

xefstock/Getty Images

Praca odbywa się poprzez zastosowanie zmuszać na odległość. Te sześć prostych maszyn wytwarza większą siłę wyjściową niż siła wejściowa; stosunek tych sił to przewaga mechaniczna maszyny. Wszystkie sześć wymienionych tutaj prostych maszyn było używanych od tysięcy lat, a fizyka kilku z nich została określona ilościowo przez greckiego filozofa Archimedesa (ok. 287–212 p.n.e.). Po połączeniu maszyny te mogą być używane razem, aby stworzyć jeszcze większą przewagę mechaniczną, jak w przypadku roweru.

Dźwignia

A dźwignia to prosta maszyna, która składa się ze sztywnego przedmiotu (często jakiegoś pręta) i punktu podparcia (lub osi). Przyłożenie siły do ​​jednego końca sztywnego obiektu powoduje jego obrót wokół punktu podparcia, powodując powiększenie siły w innym punkcie wzdłuż sztywnego obiektu. Istnieją trzy klasy dźwigni, w zależności od wzajemnego położenia siły wejściowej, siły wyjściowej i punktu podparcia. Najwcześniejsza dźwignia była używana jako waga do 5000 pne; Archimedesowi przypisuje się powiedzenie: „Daj mi miejsce do stania, a poruszę ziemię”. Kije baseballowe, huśtawki, taczki i łomy to wszelkiego rodzaju dźwignie.

Koło i oś

Koło to okrągłe urządzenie, które jest przymocowane do sztywnego pręta pośrodku. Siła przyłożona do koła powoduje obrót osi, co można wykorzystać do zwiększenia siły (np. przez owinięcie liny wokół osi). Alternatywnie, siła przyłożona do zapewnienia obrotu na osi przekłada się na obrót koła. Można go postrzegać jako rodzaj dźwigni, która obraca się wokół centralnego punktu podparcia. Najwcześniejszym znanym połączeniem koła i osi był zabawkowy model czterokołowego wózka wyprodukowany w Mezopotamii około 3500 p.n.e. Diabelskie koła , opony i wałki do ciasta to przykłady kół i osi.

Równia pochyła

Nachylona płaszczyzna to płaska powierzchnia ustawiona pod kątem do innej powierzchni. Powoduje to wykonanie tej samej ilości pracy poprzez przyłożenie siły na większą odległość. Najbardziej podstawową nachyloną płaszczyzną jest rampa; wymaga mniej siły, aby wjechać na rampę na wyższą wysokość niż wspinać się na tę wysokość w pionie. Nikt nie wynalazł pochyłej płaszczyzny, ponieważ występuje ona naturalnie w przyrodzie, ale ludzie wykorzystywali rampy do budowy dużych budynków ( monumentalna architektura ) już od 10 000 do 8500 p.n.e. „On Plane Equilibrium” Archimedesa opisuje środki ciężkości różnych geometrycznych figur płaskich.

Klin

Klin jest często uważany za podwójnie nachyloną płaszczyznę - obie strony są nachylone - która porusza się, aby wywrzeć siłę wzdłuż boków. Siła jest prostopadła do nachylonych powierzchni, więc odpycha od siebie dwa obiekty (lub części jednego obiektu). Siekiery, noże i dłuta to kliny. Zwykły „klin drzwiowy” wykorzystuje siłę na powierzchniach, aby zapewnić tarcie, a nie oddzielać rzeczy, ale zasadniczo jest to klin. Klin to najstarsza prosta maszyna, wykonana przez naszych przodków Stojący mężczyzna co najmniej tak dawno, jak 1,2 miliona lat do robić kamienne narzędzia .

Śruba

Śruba to wałek z nachylonym rowkiem na swojej powierzchni. Obracając śrubę (stosując moment obrotowy ), siła jest przykładana prostopadle do rowka, co przekłada się na siłę obrotową na liniową. Jest często używany do łączenia obiektów ze sobą (tak jak robi to śruba i śruba sprzętowa). Babilończycy w Mezopotamii opracowali śrubę w VII wieku p.n.e., aby podnieść wodę z nisko położonego zbiornika do wyższego (nawadniać ogród z rzeki). Ta maszyna była później znana jako śruba Archimedesa.

Krążek linowy

Koło pasowe to koło z rowkiem wzdłuż krawędzi, w którym można umieścić linę lub linkę. Wykorzystuje zasadę przykładania siły na większą odległość, a także naprężenia liny lub kabla, aby zmniejszyć wielkość niezbędnej siły. Złożone systemy kół pasowych mogą być użyte do znacznego zmniejszenia siły, która musi być początkowo przyłożona, aby przesunąć obiekt. Proste bloczki były używane przez Babilończyków w VII wieku p.n.e.; pierwszy złożony (z kilkoma kołami) został wynaleziony przez Greków około 400 roku p.n.e. Archimedes udoskonalił istniejącą technologię, tworząc pierwszy w pełni zrealizowany blok i sprzęt.

Co to jest maszyna?

Słowo „maszyna” („machina”) zostało użyte po raz pierwszy w języku greckim przez starożytnego greckiego poetę Homera w VIII wieku p.n.e., który użył go w odniesieniu do manipulacji politycznej. Greckiemu dramaturgowi Ajschylosowi (523-426 p.n.e.) przypisuje się użycie tego słowa w odniesieniu do maszyn teatralnych, takich jak „ Deus ex Machina ' lub 'bóg z maszyny'. Ta maszyna była dźwigiem, który przenosił na scenę aktorów grających bogów.

Źródła i dalsza lektura

• Bautista Paz, Emilio i in. „Krótka ilustrowana historia maszyn i mechanizmów”. Dordrecht, Niemcy: Springer, 2010. Druk.
• Ceccarelli, Marco. ' Wkład Archimedesa na temat mechaniki i projektowania mechanizmów . Mechanizm i teoria maszyn 72 (2014): 86-93. Wydrukować.
• Chondros, Thomas G. ' Archimedes Life Works and Machines. ' Mechanizm i teoria maszyn 45.11 (2010): 1766-75. Wydrukować.
• PIsano, Raffaele i Danilo Capecchi. — O korzeniach archimedesa w mechanice Torricelliego. Geniusz Archimedesa: 23 wieki wpływów na matematykę, naukę i inżynierię. Wyd. Paipetis, Stephans A. i Marco Ceccarelli. Materiały z międzynarodowej konferencji, która odbyła się w Syracuse, Włochy, 8–10 czerwca 2010. Dordrecht, Niemcy: Springer, 2010. 17–28. Wydrukować.
• Waters, Shaun i George A. Aggidis. ' ' Przegląd ponad 2000 lat: Odrodzenie śruby Archimedesa od pompy do turbiny. ' Recenzje energii odnawialnej i zrównoważonej 51 (2015): 497-505. Wydrukować.