Mașină simplă

O mașină simplă este un tip de mașină care nu poate fi împărțită în mașini și mai simple. Din punct de vedere istoric, mașinile simple reprezintă cele mai vechi tehnologii de aplicare a unei forțe mai mari decât forța musculară singură, prin principiul câștigului mecanic .

Caracteristici

Una dintre caracteristicile distinctive ale speciei umane este capacitatea de a fabrica instrumente cu care să construiască altele. Uneltele (cum ar fi ciocanele, foarfecele sau ferăstrăul) sunt o extensie materială a mâinilor umane care vă permit să lucrați cu mai mare precizie și viteză materialele cu care sunt fabricate obiecte. Mașinile sunt o evoluție a instrumentelor și înlocuiesc sau îmbunătățesc multe abilități umane: de exemplu, mașina de spălat înlocuiește munca musculară pentru spălarea hainelor, în timp ce mașina vă permite să vă deplasați rapid pe drum.

Utilizarea mașinilor a permis omului să efectueze lucrări pentru care erau necesare forțe mai mari decât ale sale, de exemplu prin exploatarea forței vântului, combustibilului și apei. Fără mașini omul ar mai trăi într-o stare primitivă și nu s-ar fi putut realiza nicio formă de progres.

Prin „mașină” înțelegem, prin urmare, orice dispozitiv utilizat pentru a crește valoarea forței, a-i schimba direcția sau a mări viteza cu care se desfășoară o lucrare.

Există multe tipuri și dimensiuni de mașini, dar, deși pot părea complexe, toate mașinile nu sunt altceva decât o combinație de mașini simple sau modificarea unei mașini simple.

Prin mașină simplă înțelegem o mașină care este mișcată de o singură forță. ^{[ fără sursă ]}

O mașină simplă nu are o sursă de energie în sine și, prin urmare, nu poate funcționa decât dacă energia îi este furnizată din exterior.

Mașinile simple ajută oamenii să îndeplinească diferite sarcini: ridicare, transport, rotire, tragere și tăiere. Prin combinarea mașinilor simple împreună, se obțin „mașini complexe”, care sunt concepute pentru a îndeplini sarcini mai specifice.

Tipuri

Pârghia

Același subiect în detaliu: Pârghie (fizică) .

Pârghia este o mașină simplă care constă dintr-o tijă rigidă (formată dintr-o grindă lungă, un căprior sau o bară) numită putere, care se rotește în jurul unui punct fix, numit punctul de sprijin.

Distanța dintre punctul de sprijin și rezistență se numește braț de rezistență $b r$ ${\ displaystyle br}$ ${\ displaystyle br}$ , cel dintre punctul de sprijin și putere se numește brațul de putere $b p$ ${\ displaystyle bp}$ ${\ displaystyle bp}$ .

Punctul de aplicare al rezistenței este locul în care se găsește rezistența care trebuie depășită. Punctul în care se aplică forța pentru a muta sarcina este punctul în care se aplică puterea. Cu cât punctul de sprijin este mai aproape de sarcină, cu atât va fi mai puțin efort pentru a ridica sarcina.

Două forțe opuse acționează asupra pârghiei: forța de rezistență (R) și forța motrice (M) care face lucrarea. Pot apărea următoarele cazuri:

De sine $b p$ ${\ displaystyle bp}$ ${\ displaystyle bp}$ Este egal cu $b r$ ${\ displaystyle br}$ ${\ displaystyle br}$ , se spune că pârghia este „indiferentă”;
De sine $b p$ ${\ displaystyle bp}$ ${\ displaystyle bp}$ e mai puțin decât $b r$ ${\ displaystyle br}$ ${\ displaystyle br}$ , se spune că efectul de levier este „dezavantajos”;
De sine $b p$ ${\ displaystyle bp}$ ${\ displaystyle bp}$ este mai mare decât $b r$ ${\ displaystyle br}$ ${\ displaystyle br}$ , se spune că pârghia este „avantajoasă”.

Există doar trei tipuri de pârghii, în funcție de pozițiile pe care le ocupă punctul de sprijin, puterea și rezistența:

Pârghie de primul fel : punctul de sprijin este între putere și rezistență.
Pârghiile de al doilea fel : pârghiile celui de-al doilea tip au întotdeauna rezistența dintre putere și punctul de sprijin;
Manete de al treilea fel : puterea se află între rezistență și punctul de sprijin.

Pârghie de primul fel (stânga), al doilea tip (centru) și al treilea tip (dreapta).

Pârghiile de primul fel

În primul tip de pârghie, punctul de sprijin este situat între punctul de aplicare al rezistenței și cel al puterii. Primul tip de pârghie poate fi:

„avantajos” dacă brațul de putere este mai lung decât brațul de rezistență;
„dezavantajos” dacă brațul de forță este mai mic decât brațul de rezistență;
„indiferent” dacă lungimea celor două brațe este aceeași.

Câteva exemple ale primului tip de pârghii sunt: foarfeca, clește, leagăn, bară, bară (tijă pentru ridicarea pietrelor).

Pârghiile de tip 2

În cel de-al doilea tip de pârghie, punctul de aplicare al rezistenței este între punctul de sprijin și punctul de aplicare al puterii. Al doilea tip de pârghie este întotdeauna avantajos, deoarece brațul de forță este întotdeauna mai lung decât brațul de rezistență.

Câteva exemple de pârghii de al doilea tip sunt: roaba, pedala de bicicletă, pedala de frână a mașinii, tirbușonul și spărgătorul de nuci.

Pârghiile de tip 3

În al treilea tip de pârghie, punctul de aplicare a puterii este între punctul de sprijin și punctul de aplicare al rezistenței. Al treilea tip de pârghie este întotdeauna dezavantajos, deoarece brațul de forță este întotdeauna mai scurt decât brațul de rezistență. Cu toate acestea, este folosit deoarece vă permite să extindeți spațiul de acțiune și să faceți mișcări mai precise. Aceste pârghii nu măresc munca, dar fac posibilă transportarea obiectelor mai confortabil, pe distanțe mai mari și mai mult sau mai puțin rapid.

Câteva exemple de pârghii de rangul al treilea sunt: lanseta, pică, clema cu arc, penseta, mătura și brațul uman.

Axa roții

Același subiect în detaliu: puntea roții .

Exemplu ax roată

Axa din roată este un corp cilindric care se rotește în jurul unei axe. Axa reală constă dintr-un cilindru rigid a cărui axă coincide cu axa cilindrului major. Roata și osia formează un singur corp atunci când sunt constrânse una de alta și funcționează împreună. Două frânghii înfășurate în direcția opusă sunt trecute peste ax și în canelura roții. Această mașină funcționează ca o pârghie continuă de primul tip.

Axa roții poate fi:

axă orizontală; în acest caz se numește „ troliu ”;
axa verticala; în acest caz se numește „ troliu ”.

Există diferite tipuri de roți în funcție de sarcina lor. Roțile mașinilor și trenurilor sunt exemple cunoscute de toți: permit oamenilor să se deplaseze mai repede pe distanțe mai mari. Dacă ați încerca să împingeți o cutie de nisip de-a lungul unui drum, fricțiunea care ar apărea între cutie și drum ar fi atât de puternică încât ar fi dificil să o faceți. Dar dacă roțile sunt aplicate pe partea inferioară a casetei, aceasta se va mișca mai ușor pe măsură ce fricțiunea a scăzut.

Unele roți rotesc alte roți, cum ar fi roțile dințate ale unei biciclete sau cele ale unui bat sau ale ceasurilor, mari și mici. Unele roți rotesc axa pe care sunt montate pentru a se roti împreună, așa cum se întâmplă în mânerele ușilor, butoanele de pe aparatele de radio și televizor și roata de mână care controlează aburul într-un radiator.

Vinci

Același subiect în detaliu: Winch .

Vinci

Troliul este folosit pentru a trage greutăți. Este un cilindru orizontal care, făcut să se rotească acționând o manivelă sau patru tije perpendiculare pe axa sa, înfășoară coarda pe care se aplică rezistența. Cu cât manivela sau tijele sunt mai lungi, puterea are un braț mai mare decât rezistența. Troliul poate fi comparat cu o manetă avantajoasă de primul tip.

Vinci

Același subiect în detaliu: Winch .

Troliul este folosit pentru ridicarea greutăților. Este un cilindru vertical care, făcut să se rotească prin activarea a patru tije perpendiculare pe axa sa, înfășoară o frânghie pe care se aplică rezistența. De asemenea, în această mașină, puterea are brațul mai mare, comparativ cu cel al rezistenței, cu atât tijele sunt mai lungi. Poate fi comparat cu o manetă avantajoasă de primul tip și vă permite să deplasați sarcini foarte grele.

Scripete

Același subiect în detaliu: Rola .

Scripete

Scripetele nu este altceva decât o roată striată. Un cablu este introdus în canelura scripetului, care, sub tracțiune, determină rotirea scripetelui. Scripetele fixe are axa integrală cu un suport și dacă o sarcină este fixată la un capăt al cablului, aceasta poate fi ridicată cu un confort mai mare. Forța nu a crescut, dar direcția sa s-a schimbat; o persoană se poate așeza într-un loc dat și poate folosi greutatea corpului său pentru a o ajuta să ridice sarcina în loc să o poarte.

Ridicare

Același subiect în detaliu: Hoist .

Palanul constă dintr-un scripete fix și un scripete mobil, pe axa căruia este fixată sarcina și mai multe corzi. Palanul este utilizat pentru a crește avantajul mecanic. Cu cât numărul de scripete mobile este mai mare, cu atât crește avantajul mecanic, deoarece greutatea care trebuie ridicată este distribuită peste fiecare secțiune verticală a cablului care trece prin scripete mobile.

Scripete

Același subiect în detaliu: Rola .

Scripete

Scripetele este un mecanism format dintr-o roată pe a cărei suprafață există o canelură în interiorul căreia alunecă o frânghie sau un lanț.

Poate fi fix sau mobil :

se fixează când știftul este ancorat și funia rulează;
este mobil atunci când frânghia sau lanțul sunt ancorate și scripetele se mișcă.

În primul caz poate fi comparat cu o pârghie indiferentă, în al doilea cu o pârghie avantajoasă (forța de aplicat este redusă la jumătate). Pentru a face sistemul de scripete și mai avantajos, se poate aplica o a doua scripete.

Plan înclinat

Același subiect în detaliu: Plan înclinat .

Plan înclinat

Planul înclinat este o mașină avantajoasă și formează un unghi cu planul orizontal. Pe planul înclinat, rezistența se împarte în două și astfel puterea trebuie să contracareze rezistența R1 paralel cu planul înclinat. Cu cât este mai mic unghiul de înclinare al vârfului și cu atât este mai mică puterea care trebuie aplicată, chiar dacă spațiul de parcurs pentru a atinge aceeași înălțime crește.

Planul înclinat este o mașină foarte simplă: este, de fapt, o suprafață înclinată care facilitează tragerea, împingerea sau rularea sarcinilor grele. În loc să ridicați un pian pe un camion, puteți așeza o axă rigidă robustă care merge de la sol la suprafața portantă a camionului și împingeți pianul pe acea suprafață înclinată pentru a ajunge pe camion. Va fi necesar un efort mai mic, dar acest efort va trebui exercitat pe distanța mai mare pe care o parcurge sarcina, făcând din planul înclinat ipotenuza unui triunghi dreptunghiular . Scările pot fi urmărite înapoi la un plan înclinat. În unele cazuri, la fel ca în stadioanele sportive, vă deplasați de la un nivel la altul prin intermediul rampelor, care sunt de fapt planuri înclinate.

Vieți

Același subiect în detaliu: Șurub (mecanică) .

Vieți

Șurubul este un plan înclinat înfășurat pe un con care prezintă o canelură elicoidală (filet) din ce în ce mai îngustă. Prin rotirea șurubului, cu o putere mică este posibilă depășirea rezistenței mari a materialului. Firul pătrunde în el scobind șurubul piuliței (de asemenea, un plan înclinat înfășurat). Cele două suprafețe înclinate se potrivesc și se fixează împreună. Șurubul, care nu este îndreptat, funcționează, de asemenea, în același mod.

Șurubul este un plan înclinat înfășurat într-o spirală de-a lungul marginii sale pe un cilindru sau con . Se spune că șurubul a fost inventat de Arhimede . Șurubul dezvoltă forțe mari pentru a ridica greutăți mari și pentru a produce presiuni mari: gândiți-vă doar la modul în care un șurub ține strâns două bucăți de lemn sau cum o serie de cricuri pot ridica o casă prefabricată de pe fundațiile sale sau cum un troliu ridică un automobil sau cât de strâns ține un viciu metalul și lemnul pentru a-l putea tăia sau modela.

Aplicațiile practice ale șurubului pentru uz casnic sunt numeroase: la robinete, la becuri, capace pentru sticle, orice joncțiune a conductelor de apă, despicături de șurub etc.

Pană

Același subiect în detaliu: Cuneo (fizică) .

Pană

Este o prismă de secțiune triunghiulară, cu o față minoră (cap) și două fețe majore (flancuri) unite la vârf (vârf sau muchie tăietoare). Toate uneltele de tăiere funcționează pe principiul de pană: hatchet, dalta, cuțitul, alul etc. Clestele și foarfecele sunt o manetă dublă cu două pene în punctul în care se aplică forța de tracțiune.

Pană este în esență un plan înclinat. Cu cât pâna este mai lungă în raport cu grosimea sa, cu atât va fi mai ușor să o forțați în obiecte. Despicatoarele de lemn folosesc o pană pe care o bat cu un ciocan împingând-o în fibrele lemnului de tăiat. Cu cât pătrunde mai mult, cu atât cele două secțiuni ale jurnalului se vor împărți mai adânc.

Panele cresc rezistența și susțin ideea tuturor instrumentelor de tăiere și găurire, cum ar fi cuțite, ace, dalte, cuie, șuruburi și știfturi. Toate lucrurile care împart hârtia, lemnul sau țesăturile prin pătrunderea lor ca urmare a presiunii sau a împingerii.

Lucrare mecanică și avantaj

Munca mașinilor poate fi măsurată, ceea ce reprezintă produsul scalar al forței pentru deplasare: de exemplu, dacă o persoană ridică o cutie de 10 kg la o diferență de înălțime de 3 metri , a făcut o treabă egală cu 30 kg _f m.

Munca se realizează prin producerea mișcării sau depășirea unei rezistențe; acesta din urmă poate fi constituit prin frecare sau prin forța gravitațională .

Avantajul mecanic al unei mașini este relația dintre rezistență și putere, așa cum se întâmplă, de exemplu, dacă un om ridică o greutate de 50 kg _f aplicând o forță de 10 kg _f unei pârghii. În acest caz, avantajul mecanic al pârghiei este de cinci la unu.

„Kilogramul forței”, deși este adesea folosit în limbajul comun (uneori denumindu-l în mod necorespunzător „kilogram”), nu este acoperit de Sistemul Internațional de Unități (SI), deci forța trebuie exprimată în newtoni (1 N = 1 / 9,81 kg _f ).

Alte proiecte

Wikimedia Commons conține imagini sau alte fișiere pe o mașină simplă

linkuri externe

( EN )Mașină simplă , în Encyclopedia Britannica , Encyclopædia Britannica, Inc.

Controlul autorității	Tezaur BNCF 40599 · LCCN (EN) sh85122744 · BNF (FR) cb13336090z (data)

Portalul de fizică	Portal de inginerie
Portal mecanic	Portal de știință și tehnologie