Током историје, људи су развили неколико уређаја како би олакшали посао. Најистакнутије од њих су познате као „шест једноставних машина“: точак и осовина, полуга, нагнута равнина, ременица, вијак и клин, мада су последње три заправо само продужеци или комбинације прве три.
Пошто је рад дефинисан као сила која делује на објекат у смеру кретања, машина олакшава посао обављањем једне или више следећих функција, у складу са Јефферсон Лаб:
- преношење силе са једног места на друго,
- промена правца силе,
- повећавање величине силе или
- повећавајући удаљеност или брзину силе.
Једноставне машине су уређаји без или у веома мало покретних делова који олакшавају рад. Многи данашњи сложени алати само су комбинације или сложенији облици шест једноставних машина, према Универзитету Колорадо у граду Боулдер. На пример, можемо да причврстимо дугачку ручицу на осовину да бисмо направили ветробран или помоћу блока и кваке повукли терет до рампе. Иако се ове машине могу чинити једноставним, они нам и даље пружају средства за много ствари које без њих никада не бисмо могли учинити.
Точак и осовина
Точко се сматра једним од најзначајнијих изума у историји света. "Пре проналаска точкова у 3500 Б.Ц., људи су били озбиљно ограничени у томе колико ствари можемо превести преко земље и колико далеко", написала је Наталие Волцховер у чланку Ливе Сциенце "Топ 10 изума који су променили свет." "Колица на котачима олакшала су пољопривреду и трговину омогућавајући превоз робе до и од тржишта, као и олакшавање терета људи који путују на велике удаљености."
Точак увелике смањује трење које се јавља када се предмет помера преко површине. "Ако свој ормар ставите у малу колица са точковима, можете у великој мери смањити силу коју требате да примените да бисте померали орман сталном брзином", према Универзитету у Тенесију.
У својој књизи "Древна наука: праповијест-АД 500" (Гаретх Стевенс, 2010), Цхарлие Самуелс пише, "У дијеловима свијета тешки предмети попут камења и чамаца помицани су помоћу ваљка за трупце. Док се објект кретао напријед, ваљци узете су одострага и замењене напред. " То је био први корак у развоју точка.
Велика иновација, међутим, била је у постављању точка на осовину. Точак је могао да се причврсти на осовину коју је подупирао лежај, или да се слободно окреће око осовине. То је довело до развоја колица, вагона и кола. Према Самуелсу, археолози користе точак који се окреће на осовини као показатељ релативно напредне цивилизације. Најранији докази о точковима на осовинама су од око 3200 Б.Ц. од Сумерана. Кинези су самостално изумили точак током 2800. год.
Мултипликатори силе
Поред смањења трења, точак и осовина могу такође служити као мултипликатор силе, наводи Сциенце Куест из Вилеи-а. Ако је точак причвршћен на осовину, а сила која се користи за окретање точка, ротациона сила или обртни момент на осовини су много већи од силе која се примењује на обручу. Алтернативно, дугачка ручка може да се причврсти на осовину да би се постигао сличан ефекат.
Осталих пет машина помажу људима да повећају и / или преусмере силу примењену на неки предмет. У својој књизи "Кретање крупних ствари" (време је за 2009.), Јанет Л. Колоднер и њени коаутори пишу: "Машине пружају механичку предност како би помогли у померању предмета. Механичка предност је помицање силе и удаљености. " У наредној расправи о једноставним машинама које повећавају силу примену на њихов улаз, занемарићемо силу трења, јер је у већини ових случајева сила трења врло мала у поређењу са укљученим улазним и излазним силама.
Када се сила примењује на даљину, она производи рад. Математички, то се изражава као В = Ф × Д. На пример, да бисмо подигли предмет, морамо да радимо на превладавању силе због гравитације и померања објекта према горе. Да бисте подигли предмет који је двоструко тежи, потребно је двоструко више рада да га подигнете на исту удаљеност. Такође је потребно дупло више рада да се исти предмет подигне двоструко више. Као што математика указује, главна предност машина је у томе што нам омогућавају да радимо исту количину рада, примењујући мању силу на већој удаљености.
Полуга
"Дајте ми полугу и место да стојим, и ја ћу преселити свет." Ова хвалисава тврдња приписује се грчком филозофу из трећег века, математичару и изумитељу Архимеду. Иако је то можда мало претјеривање, ипак изражава снагу полуге која, макар фигуративно, покреће свијет.
Генија Архимеда је био да схвати да би се за постизање исте количине или рада могло извршити помак између силе и удаљености помоћу полуге. Његов закон о полузи каже: "Магнитуде су у равнотежи на растојању које су пропорционалне њиховим тежинама", према "Архимеду у 21. веку", виртуелној књизи Криса Рорреса са њујоршког универзитета.
Полуга се састоји од дугог снопа и кружног тока, односно осовине. Механичка предност полуге зависи од односа дужине снопа са обе стране тела.
На пример, рецимо да желимо да подигнемо 100 фунти. (45 килограма) тежина од 61 центиметра с тла. Можемо издвојити 100 фунти. снаге на тежини у смеру према горе за раздаљину од 2 метра, и направили смо 200 килограма рада (271 метар од Њутана). Међутим, када бисмо користили ручицу од 9 стопа (9 м) с једним крајем испод тежине и дебљином од 1 стопа (30,5 цм) постављеном испод греде 10 стопа од масе, имали бисмо само притиснути на други крај са 50 фунти. (23 кг) силе за дизање тегова. Међутим, морали бисмо гурнути крај полуге на 1,2 м како бисмо подигли тежину од 2 ноге. Направили смо компромис у коме смо удвостручили удаљеност коју смо морали померити ручицом, али смо смањили потребну силу за половину како бисмо обавили исту количину посла.
Коса раван
Нагнута равнина је једноставно равна површина подигнута под углом, попут рампе. Према Бобу Вилијамсу, професору на одељењу за машинско инжењерство на Русс Цоллеге оф Енгинееринг анд Тецхнологи на Универзитету Охио, нагнути авион је начин да се подигне терет који би био претежак да бисте га директно подигли. Угао (стрмина нагнуте равнине) одређује колико је напора потребно за подизање тежине. Што је стрма рампа, то је потребно више напора. То значи да ако подигнемо својих 100 фунти. тежине 2 ноге котајући је рампом од 4 метра, смањујемо потребну силу за половину, удвостручујући удаљеност коју мора да се помери. Ако бисмо користили рампу од 8 стопа (2,4 м), могли бисмо смањити потребну силу на само 25 фунти. (11.3 кг).
Пули
Ако желимо да подигнемо тих 100 литара. Тежина конопом, могли бисмо причврстити ремен на греду изнад тежине. Ово би нам омогућило да се повучемо уместо горе на конопу, али и даље треба 100 фунти. од силе. Међутим, ако бисмо користили два ременица - један причвршћен на греду, а други причвршћен на тежину - и један крај ужета смо причврстили за греду, провукли га кроз ременицу на тежини, а затим кроз ременицу на греду, морали бисмо да повучемо за уже са 50 фунти. на силу да подигнемо тежину, мада бисмо морали да повучемо уже 4 стопе да бисмо подигли тежину 2 ноге. Опет, трговали смо повећаним растојањем за смањену силу.
Ако желимо да употријебимо још мању силу на још већој удаљености, можемо се послужити блоком и хватањем у коштац. Према материјалима са Универзитета у Јужној Каролини, „Блок и прибор је комбинација ременица која смањује количину силе која је потребна да се нешто подигне. Компромис је у томе што је за блок и хватање потребан дужи конопац. да померим нешто на истој удаљености. "
Колико год једноставни ременици, они и даље проналазе употребу у најсавременијим новим машинама. На пример, Хангпринтер, 3Д штампач који може да гради предмете величине намештаја, користи систем жица и компјутерски контролисаних ременица причвршћених на зидове, под и плафон.
Вијак
"Вијак је у основи равнина дугог нагиба омотана око осовине, тако да се његовој механичкој предности може приступити на исти начин као и нагиб", према ХиперПхисицс, веб локацији коју је произвео Универзитет Џорџија. Многи уређаји користе вијке како би извршили силу која је много већа од силе која се користи да окренете вијак. Ови уређаји укључују пороке и клупице на аутомобилским точковима. Они добијају механичку предност не само од самог вијка већ и у многим случајевима захваљујући полуги дуге ручке која се користи за окретање вијка.
Клин
Према институцији за рударство и технологију у Њу Мексику, „Клинови се крећу нагнутим авионима који се под теретом подижу или подижу у терет да би се поделили или одвојили“. Дужи, тањи клин даје више механичке предности у односу на краћи, шири клин, али клин чини нешто друго: Главна функција клина је промена правца улазне силе. На пример, ако желимо да цепамо трупце, можемо да гурнемо клин доле на крај трупаца великом снагом користећи клацкалицу, а клин ће ту силу преусмерити нагоре, узрокујући да се дрво цепи. Други пример је заустављање врата, при чему се сила која се користи да се гурне испод ивице врата преноси према доле, што резултира силом трења која одолева клизању по поду.
Пронађите забавне активности које укључују једноставне машине у Музеју науке и индустрије у Чикагу.
