Proste maszyny historyczne, cechy, typy, przykłady

Proste maszyny Są to urządzenia mechaniczne, które zmieniają wielkość lub kierunek siły. Można je ogólnie zdefiniować jako najbardziej krótkie urządzenia, które wykorzystują przewagę mechaniczną, zwaną także dźwignią, aby zwiększyć siłę.

W całej historii ludzie opracowali kilka urządzeń, aby ułatwić pracę. Najważniejsze są sześć rodzajów prostych maszyn: dźwignia, koło i oś, koło pasowe, nachylona płaszczyzna, klin i śruba.

Źródło: John Mills [domena publiczna]

Kiedy usłyszany jest słowo, myślisz o czymś w rodzaju koparki lub lokomotywy parowej. Jednak w nauce maszyna to wszystko, co zwiększa siłę.

Maszyna może zwiększyć ilość wytwarzanej siły, z kosztem proporcjonalnego zmniejszenia odległości, w której obciąży. Związek między wytwarzaną siłą a przyłożoną siłą nazywa się przewagą mechaniczną.

Prosta maszyna używa pojedynczej siły przyłożonej, która działa na pojedynczą siłę obciążenia. Ignorując straty tarcia, praca wykonana w obciążeniu jest równa pracy wykonanej przez stosowaną siłę.

[TOC]

Bloki podstawowe

Proste maszyny są wszędzie, dni używane do wykonywania prostych zadań. Były również używane od pierwszych dni ludzkiej egzystencji.

Proste maszyny można uznać za elementarne bloki, z których komponują wszystkie najbardziej złożone maszyny, zwane maszynami kompozytowymi.

Na przykład w mechanizmie roweru używane są koła pasowe, dźwignia i kół. Zaletą mechaniczną maszyny złożonej jest niczym więcej niż wynikiem mechanicznych zalet prostych maszyn, które ją komponują.

Jednak chociaż nadal są uważane za bardzo ważne w mechanice i nauk stosowanych, współczesna mechanika przekroczyła tę wizję prostych maszyn, takich jak bloki podstawowe, z których wszystkie komponowane są wszystkie maszyny.

Historia

Początkowe pomysły

Około trzeciego wieku. C. Pomysł prostej maszyny, z greckim filozofem Archimedesem, który studiował następujące proste maszyny: dźwignia, koło pasowe i śruba.

Odkryte na dźwigni zasada przewagi mechanicznej. Jego słynny komentarz w odniesieniu do dźwigni: „Daj mi miejsce do wspierania mnie i poruszania ziemi” wyraża zrozumienie, że nie ma ograniczeń dla wzrostu, który można osiągnąć przy użyciu przewagi mechanicznej.

Tylni greccy filozofowie zdefiniowali pięć prostych klasycznych maszyn i mogli obliczyć przewagę mechaniczną, jaką mieli.

Na przykład w twojej pracy Mechanika, Herón de Alejandría (10-75 D. C.) Wymień pięć urządzeń, które mogą ustawić obciążenie: koło pasowe, koła i osi, dźwignia, śruba i klin, opisując jego opracowanie i użycie.

Jednak znajomość Greków była ograniczona do statycznego prostych maszyn (równowaga sił), nie uwzględniając dynamiki, koncepcji pracy lub rekompensaty między siłą a odległością.

Okres renesansu

Dynamika sił mechanicznych, jak nazywano proste maszyny, zaczęła się uczyć podczas odrodzenia, od perspektywy do miejsca, w którym można było podnieść ciężar, oprócz siły, którą można zastosować, co ostatecznie doprowadziło do nowej koncepcji pracy mechanicznej.

Zaletą mechaniczną nachylonej płaszczyzny wywnioskował flamandzki inżynier Simon Stevin w 1586. Zostało to dołączone do innych prostych maszyn.

Może ci służyć: gałęzie technologii

Włoski naukowiec Galileo Galilei opracował w 1600 r. Całkowita dynamiczna teoria prostych maszyn w swojej pracy Mechaniche, gdzie podstawowe podobieństwo matematyczne zostało ujawnione jako wzmacniacze siły tych maszyn. Jako pierwszy wyjaśnił, że proste maszyny nie stworzyły energii, tylko ją przekształciły.

Leonardo da Vinci odkrył klasyczne zasady przesuwania tarcia na maszynach, ale nie zostały opublikowane ani udokumentowane w swoich kartach. W 1699 r. Guillaume Amontons na nowo odkrył te zasady, aw 1785 r.

Charakterystyka

Proste maszyny to urządzenia z dowolnymi lub bardzo nielicznymi częściami ruchomymi, które ułatwiają pracę. Główną funkcją prostej maszyny jest wzmocnienie siły lub modyfikacja ruchu.

Ruch i siła

Ruch i siła w prostej maszynie są nierozłączne. Są zawsze w odwrotnym związku.

Siła wytwarzana przez dźwignię jest większa niż stosowana siła, ale wytwarzany ruch jest niższy niż ruch, który się stosuje. Oznacza to, że zysku obowiązuje poruszająca się strata.

Stanowisko

W mechanice praca jest czymś, co zmuszają, gdy poruszają się w kierunku, w którym działają. To znaczy, gdy siła jest stosowana do podróży w odległości, pojawia się praca. Jest to wyrażone matematycznie jako: work = siła × odległość.

Na przykład, aby podnieść obiekt, praca, która pokonuje siłę grawitacji, należy wykonać, a tym samym być w stanie poruszyć obiekt w górę.

Aby podnieść obiekt dwa razy ciężki, do przesłania tej samej odległości potrzebne jest dwa razy więcej pracy. Potrzebna byłaby podwójna praca, aby dwukrotnie podnieść ten sam obiekt.

Ta koncepcja pracy jest niezbędna do zdefiniowania funkcji mechanicznej w prostych maszynach pod względem siły i ruchu, podkreślając nierozerwalność siły i ruchu.

Przewaga mechaniczna

Jest to związek między siłą, która wykonuje zadanie w odniesieniu do stosowanej siły. Dlatego jest to skuteczność wzmocnienia siły prostej maszyny.

Mechaniczna przewaga prostych maszyn oznacza, że ​​możesz użyć mniejszej siły, aby poruszyć obiekt, ale musisz poruszać się na dłuższą odległość.

Wiele razy wydaje się, że zadanie jest trudne, ponieważ konieczne jest użycie dużej siły. Korzystając z kompensacji między odległością a siłą, można zrobić, aby zadanie jest znacznie łatwiejsze do wykonania.

Przykładem jest popchnięcie ciężkiego obiektu przez rampę. Łatwiej jest popchnąć obiekt przez rampę niż podnieść go na odpowiednią wysokość, ale musisz nosić dłuższą odległość.

Do czego są proste maszyny?

Proste maszyny ułatwiają pracę, wykonując jedną lub więcej z następujących funkcji:

- Przenieś siłę z jednego miejsca do drugiego.

- Zmień kierunek siły.

- Zwiększ wielkość siły.

- Zwiększyć odległość od siły.

Chociaż proste maszyny przyjmują wiele różnych form, są one w sześciu podstawowych typach:

- Wedge: Urządzenie do oddzielania rzeczy.

- Koło i oś: używane do zmniejszenia tarcia i jako mnożnik siły.

Może ci służyć: półprzewodnicy

- Dźwignia: porusza się po punkcie wsparcia w celu zwiększenia lub zmniejszenia przewagi mechanicznej.

- Pochylona płaszczyzna: Podnosi obiekty podczas przesyłania nachylenia.

- Śruba: urządzenie, które może łączyć lub utrzymywać elementy razem.

- Koło pasowe: Zmień kierunek siły.

Zwiększenie stosowanej siły

Proste maszyny pomagają ludziom zwiększyć siłę zastosowaną do obiektu. Zapewniają mechaniczną przewagę, aby pomóc w poruszaniu obiektów.

Jak wskazuje formuła pracy, główną zaletą prostych maszyn jest umożliwienie tej samej pracy poprzez zastosowanie niższej siły w większej odległości.

Na przykład chcesz podnieść obiekt, który waży 10 kilogramów 2 metry od ziemi. Można go ćwiczyć na obiekcie 10 kg siły w kierunku rosnącym, przez odległość 2 metrów, wykonując w ten sposób 20 Newton pracy.

Jeśli zastosowano dźwignię 3 -metrową, umieszczanie obiektu na jednym końcu i umieszczenie pod paskiem dekretu, siła zaledwie 5 kilogramów.

Jednak koniec dźwigni, aby podnieść obiekt tylko 2 metry.

Istnieje odszkodowanie. Obniżenie dźwigni podwaja poprzedni odległość, ale niezbędna siła jest zmniejszona do połowy, wykonując tę ​​samą pracę.

Chłopaki

Dźwignia

Jest to rodzaj sztywnego paska, który ma jako punkt podparcia stałego Fulcro. Składa się z obciążenia, który jest obiektem do przemieszczania lub podnoszenia, punktu podparcia, który jest obrotem, i wysiłku, który jest siłą wymaganą do poruszania się lub podniesienia obciążenia.

Podczas nakładania siły na jednym końcu dźwigni na drugim końcu tworzona jest główna siła. Przyłożona siła wzrośnie lub spadnie w zależności od odległości wsparcia i wysiłku obciążenia.

Koło i oś

Składa się z koła przymocowanego do mniejszej osi, tak aby te dwie części skręcały się razem, gdzie jedna siła jest przenoszona z jednej do drugiej. Zawias obsługuje oś, umożliwiając obrót.

Ułatwia zadanie przenoszenia obiektów koncertowych. Koło, które jest okrągłym końcem, obraca się wraz z osą cylindryczną, powodując ruch.

Może również wzmocnić siłę. Mała siła przyłożona do obwodu dużego koła może przesunąć większe obciążenie przymocowane do osi.

Krążek linowy

Jest zaprojektowany w celu wsparcia ruchu i zmiany kierunku napiętego liny. Lina jest zwinięta wokół kierownicy. Gdy koło się obraca, lina porusza się w dowolnym kierunku.

Jeśli hak jest podłączony do liny, obrót kół może być użyty do podniesienia i obniżenia obiektów, ułatwiając pracę.

Równia pochyła

Jest to płaska powierzchnia, z końcem wyższym niż druga, używana jako wspornik do podniesienia lub obniżenia obciążenia. Są szeroko stosowane do przemieszczania ciężkich obciążeń na pionowych przeszkodach.

Przenieś obiekt w górę na pochyłej płaszczyźnie wymaga mniejszej siły niż podnoszenie jej bezpośrednio, kosztem wzrostu przebytego odległości.

Przewaga mechaniczna płaszczyzny nachylonej jest równa zależności między długością nachylonej powierzchni a pokryciem wysokości.

Może ci służyć: elementy słów

Kolebka

To jest trójkątne narzędzie. Można go użyć do oddzielenia dwóch obiektów, usuwania kawałków z obiektu, podnoszenia lub utrzymania obiektu na miejscu.

Działa, obracając siłę zastosowaną do jej romo końca w siłach prostopadłych do nachylonej powierzchni.

Zaletą mechaniczną nadaje związek między długością nachylenia a szerokością.

Śruba

Jest to mechanizm, który przekształca ruch obrotu w ruch liniowy i siłę obrotu (moment obrotowy) w siłę liniową. Śruba to naprawdę inny rodzaj nachylonej płaszczyzny.

Jego najczęstsza forma składa się z osi cylindrycznej z helikalnymi rowkami zwanymi niciami na zewnątrz.

Śruba przechodzi przez otwór w innym obiekcie lub medium z gwintami w środku, które chłodzą za pomocą gwintów śrubowych.

Przykłady

Dźwignie

Niektóre przykłady dźwigni to drzwi drzwi, pazury młotka do usuwania paznokci, dźwigni żelaza, przełączników światła, otwiera botki i zawiasy.

Źródło: Pixabay.com

Koła i osie

Spotykają się tam, gdzie sprawy obracają się w kółko, takie jak wentylator elektryczny, silnik, obracające się drzwi, karuzela i każde koło, albo w samochodzie, na deskorolce lub na rowerze.

Źródło: Pixabay.com

Koła pasowe

Są używane w zasłonach i roletach, aby je przesunąć w górę iw dół, lub tam iz powrotem.

Mogą przesłać coś z ziemi, jak flaga w poście. Lina jest wyrzucona, ale flaga wzrasta.

Są one również używane w branży do podniesienia i obniżenia ciężkich obciążeń, na statkach w celu podniesienia i opuszczania świec lub w dźwigach do użycia w sprzęcie budowlanym w ruchu w ruchu w ruchu.

Windy używają również kół pasowych do przesuwania samochodu w dół i w górę z podłogi na podłogę.

Źródło: Pixabay.com

Nachylone plany

Są używane w parkach skuterów, rampach wózków inwalidzkich oraz do ciężkiego sprzętu między i z tyłu ciężarówek.

Zmodyfikowane wersje rampy znajdują się na schodach, schodach mechanicznych, ścieżkach spacerowych, a nawet w slajdach używanych do pozostawienia poczty w skrzynce pocztowej do pociągu, który idzie na zbocze.

Źródło: Pexels.com

Kolebka

Niektóre przykłady klinów używanych do oddzielania mogą to łopata, nóż, topór, zapapico, piła, nożyczki lub picahielos.

Kliny mogą również utrzymać wszystko razem, jak w przypadku zszywek, szpilek, kołków, paznokci lub przystanków drzwi.

Źródło: Pixabay.com

Śruba

Niektóre przykłady są w wiertarce, pokrywce dzbanka, żarówka, śruba, butelki, krany i długopisy.

Kolejne użycie śruby znajduje się w urządzeniu o nazwie pompa śrubowa. Jest to ogromna maszyna hydrauliczna w kształcie śruby, która jest wprowadzana do wody. Podczas obracania się, dzięki kształtowi śruby, woda wspina się przez skręconą oś, podnosząc się do miejsca, w którym jest potrzebne. Często bomby śrubowe są używane do nawadniania i w środowiskach rolniczych, takich jak gospodarstwa.

Źródło: Pixabay.com

Bibliografia

1. Wikipedia, The Free Encyclopedia (2019). Prosta maszyna. Zaczerpnięte z: w.Wikipedia.org.
2. Idaho Public Television (2019). Proste maszyny: fakty. Zaczerpnięte z: Idahopvv.org.
3. Jim Lucas (2018). 6 prostych maszyn: Ułatwianie pracy. Nauka na żywo. Zaczerpnięte z: Livescience.com.
4. Teach Engineering (2019). Inżynieria: proste maszyny. Zaczerpnięte z: nauczanie.org.
5. Dla nauczycieli uczniów (2019). Jakie są proste maszyny? Zaczerpnięte z: FortEacherfortudents.com.Au.
6. Victoria State Rząd (2019). Proste maszyny. Zaczerpnięte z: edukacji.Vic.Gov.Au.
7. VEX IQ (2019). Sześć rodzajów prostych maszyn. Zaczerpnięte z: Vexrobotics.com.