PAPRASTOS MAŠINOS: ISTORIJA, CHARAKTERISTIKOS, TIPAI, PAVYZDŽIAI - TECHNOLOGIJA - 2025

Į Simple Machines yra mechaniniai prietaisai, keisti dydį arba kryptį jėga. Paprastai jie gali būti apibūdinami kaip labiausiai apnuogintų kaulų aparatai, kurie naudoja mechaninį pranašumą, dar vadinamą svertu, kad padidintų jėgą.

Per visą istoriją žmonės sukūrė įvairius prietaisus, palengvinančius darbą. Svarbiausi yra žinomi kaip šešių paprastų mašinų tipai: svirtis, ratas ir velenas, skriemulys, pasvirusi plokštuma, pleištas ir varžtas.

Šaltinis: Johnas Millsas

Išgirdę žodį mašina, jūs galvojate apie kažką panašaus į ekskavatorių ar garo mašiną. Tačiau moksle mašina yra viskas, kas padaro jėgą didesnę.

Mašina gali padidinti sukuriamos jėgos kiekį, proporcingai sumažindama atstumą, kurį važiuoja krovinys. Mechaniniu pranašumu vadinamas santykis tarp sukuriamos jėgos ir naudojamos jėgos.

Paprasta mašina naudoja vieną taikomą jėgą, veikiančią prieš vieną apkrovos jėgą. Ignoruojant trinties nuostolius, darbas su apkrova prilygsta darbui, kurį atlieka naudojama jėga.

Elementiniai blokai

Paprastos mašinos yra visur, jos kasdien naudojamos paprastoms užduotims atlikti. Jie taip pat buvo naudojami nuo pirmųjų žmogaus egzistavimo dienų.

Paprastas mašinas galima laikyti elementariais blokais, kuriuos sudaro visos sudėtingesnės mašinos, vadinamos sudėtinėmis mašinomis.

Pvz., Dviračio mechanizme naudojami skriemuliai, svirtys ir ratai. Sudėtinės mašinos mechaninis pranašumas yra ne kas kita, kaip paprastų ją sudarančių mašinų mechaninių pranašumų rezultatas.

Vis dėlto, nors jie ir toliau laikomi labai svarbiais mechanikoje ir taikomuose moksluose, šiuolaikinė mechanika peržengė paprastų mašinų, kaip elementarių blokų, kuriuos sudaro visos mašinos, viziją.

Istorija

Pradinės idėjos

Maždaug III amžiuje prieš Kristų. C. kilo paprastos mašinos idėja pas graikų filosofą Archimedesą, kuris tyrė šias paprastas mašinas: svirtį, skriemulį ir varžtą.

Jis atrado svirtyje mechaninio pranašumo principą. Jo garsusis komentaras dėl svirties: „Duok man vietą pasilenkti ir aš pajudinsiu žemę“ išreiškia supratimą, kad jėgos padidėjimas, kurį galima pasiekti naudojant mechaninį pranašumą, nebuvo ribojamas.

Vėliau graikų filosofai apibrėžė penkias klasikines paprastas mašinas ir sugebėjo apskaičiuoti turimą mechaninį pranašumą.

Pavyzdžiui, savo darbe „Mechanika“ Heronas iš Aleksandrijos (10–75 AD) išvardija penkis įtaisus, kurie gali pajudinti apkrovą: skriemulį, ratą ir veleną, svirtį, varžtą ir pleištą, išsamiai aprašydami jų gamybą ir naudojimą.

Tačiau graikų žinios apsiribojo paprastų mašinų statika (jėgų pusiausvyra), neįskaitant dinamikos, darbo sampratos ar kompromiso tarp jėgos ir atstumo.

Renesanso laikotarpis

Mechaninių jėgų dinamika, kaip buvo vadinamos paprastos mašinos, Renesanso laikais buvo pradėta nagrinėti, atsižvelgiant į tai, kaip toli būtų galima pakelti krovinį, be to, kokia jėga galėtų būti taikoma, o tai galiausiai atvedė prie naujos koncepcijos mechaninis darbas.

Mechaninį pasvirusios plokštumos pranašumą 1586 m. Nustatė flamandų inžinierius Simonas Stevinas. Jis buvo įtrauktas kartu su kitomis paprastomis mašinomis.

Italų mokslininkas Galileo Galilei 1600 m. Sukūrė išsamią paprastų mašinų dinaminę teoriją, savo darbe „Le Meccaniche“, kur atskleidė pagrindinį matematinį panašumą kaip šių mašinų jėgos stiprintuvai. Jis pirmasis paaiškino, kad paprastos mašinos nesukuria energijos, jos tik ją transformuoja.

Leonardo da Vinci atrado klasikines slydimo trinties mašinose taisykles, tačiau jos nebuvo paskelbtos ar dokumentuotos jo pradmenyje. 1699 m. Guillaume'as Amontonsas atrado šias taisykles, o 1785 m. Jas sukūrė Charlesas-Augustinas de Coulombas.

charakteristikos

Paprastos mašinos yra įrenginiai, kuriuose nėra judančių dalių arba jų yra labai mažai, todėl darbas yra lengvesnis. Pagrindinė nesudėtingo aparato funkcija yra jėgos sustiprinimas arba judesio modifikavimas.

Judėjimas ir jėga

Judesys ir jėga paprastoje mašinoje yra neatsiejami. Jie visada yra atvirkštiniuose santykiuose.

Svirties sukuriama jėga yra didesnė už jėgą, tačiau sukuriamas judesys yra mažesnis už taikomą judesį. Tai reiškia, kad jėgos padidėjimas yra susijęs su judėjimo praradimu.

Darbas

Mechanikoje darbas yra kažkas, ką jėgos daro, kai juda ta kryptimi, kuria dirba. T. y., Kai atstumui įveikti taikoma jėga, sukuriamas darbas. Tai matematiškai išreiškiama taip: darbas = jėga × atstumas.

Pavyzdžiui, norint pakelti objektą, reikia atlikti darbą, viršijantį sunkio jėgą, ir tokiu būdu sugebėti objektą pakelti aukštyn.

Norėdami pakelti objektą dvigubai sunkesnį, norint jį pakelti tokiu pačiu atstumu, reikia dvigubai daugiau darbo. Taip pat prireiktų dvigubai daugiau darbo, jei tą patį objektą pakeltumėte dvigubai daugiau.

Ši darbo samprata yra esminė apibrėžiant paprastų mašinų mechaninę funkciją jėgos ir judesio atžvilgiu, pabrėžiant jėgos ir judesio neatsiejamumą.

Mechaninis pranašumas

Tai yra jėgos, atliekančios darbą, santykis su taikoma jėga. Todėl tai yra paprastos mašinos jėgos stiprinimo efektyvumas.

Mechaninis paprastų mašinų pranašumas reiškia, kad objektui judėti gali būti naudojama mažiau jėgos, tačiau jį reikia perkelti didesniu atstumu.

Daugelis atvejų užduotis yra sunki, nes ji reikalauja daug jėgų. Naudojant kompromisą tarp atstumo ir jėgos, užduotį bus lengviau atlikti.

Pavyzdys yra sunkaus daikto stumimas žemyn nuo rampos. Lengviau nuspausti daiktą nuo rampos, nei pakelti jį į reikiamą aukštį, tačiau jis turi būti gabenamas didesniu atstumu.

Kam skirtos paprastos mašinos?

Paprastos mašinos palengvina darbą atlikdamos vieną ar daugiau šių funkcijų:

- Perkelkite jėgą iš vienos vietos į kitą.

- Pakeiskite jėgos kryptį.

- Padidinkite jėgos dydį.

- Padidinkite jėgos atstumą.

Nors paprastos mašinos yra įvairių formų, jos yra šešių pagrindinių tipų:

- pleištas: prietaisas atskirti daiktus.

- ratas ir ašis: naudojami trinčiai sumažinti ir kaip jėgos daugiklis.

- Svirtis: juda aplink atramą, kad padidintų arba sumažintų mechaninį pranašumą.

- Pasvirusi plokštuma: kelkite objektus lipdami į šlaitą.

- Varžtas: įtaisas, galintis kelti ar laikyti daiktus kartu.

- skriemulys: keičia jėgos kryptį.

Padidinkite naudojamą jėgą

Paprastos mašinos padeda žmonėms padidinti jėgą, taikomą daiktui. Jie suteikia mechaninį pranašumą, padedantį judėti objektams.

Kaip nurodyta darbo formulėje, pagrindinis paprastų mašinų pranašumas yra tas pats darbo atlikimas, naudojant didesnį atstumą mažesnę jėgą.

Pvz., Norite pakelti nuo žemės paviršiaus objektą, sveriantį 10 kilogramų, 2 metrus. 10 metrų jėga gali būti nukreipta į objektą į viršų, 2 metrų atstumu, tokiu būdu atliekant 20 niutonų.

Jei buvo naudojama 3 metrų svirtis, pastatykite daiktą viename gale ir padėkite 10 cm atraminį tašką po strypu 1 metro atstumu nuo objekto, tada norėdami pakelti objektą, turėsite nuspausti kitą galą paspausdami tik 5 kilogramų jėga.

Tačiau, norint pakelti daiktą tik 2 metrus, svirties galą reiktų nustumti žemyn 4 metrus.

Yra kompromisas. Nuleidę svirtį dvigubiname ankstesnį atstumą, bet perpus sumažiname reikiamą jėgą, atlikdami tą patį darbą.

Tipai

Svirtis

Tai yra tam tikras standus strypas, kurį palaiko fiksuotas atrama. Jį sudaro krovinys, kuris yra daiktas, kurį reikia perkelti ar pakelti, atrama, kuri yra atrama, ir pastangos, kurios yra jėga, reikalinga kroviniui judėti ar pakelti.

Taikant jėgą vienam svirties galui, kitame gale sukuriama didesnė jėga. Taikoma jėga padidės arba sumažės priklausomai nuo atstumo nuo atramos ir apkrovos bei įtempių.

Ratų ir ašies

Jį sudaro ratas, pritvirtintas prie mažesnės ašies taip, kad šios dvi dalys suktųsi kartu, kur jėga būtų perduodama iš vienos į kitą. Šarnyras palaiko veleną, leidžiant pasisukti.

Tai palengvina judančių objektų darbą per atstumą. Ratas, kuris yra apvalus galas, sukasi su cilindrine ašimi, sukeldamas judėjimą.

Tai taip pat gali sustiprinti jėgą. Didelė rato perimetre taikoma maža jėga gali perkelti didesnę apkrovą, pritvirtintą prie ašies.

Skriemulys

Jis skirtas įtemptos virvės judėjimui ir krypčiai palaikyti. Virvė įvyniojama aplink ratą. Kai ratas sukasi, virvė juda bet kuria kryptimi.

Jei prie virvės yra prijungtas kabliukas, rato pasukimas gali būti naudojamas daiktams pakelti ir nuleisti, palengvinant darbą.

Pasvirusi plokštuma

Tai plokščias paviršius, kurio vienas galas yra aukštesnis už kitą, naudojamas kaip atrama kroviniui pakelti ar nuleisti. Jie plačiai naudojami sunkiems kroviniams perkelti per vertikalias kliūtis.

Objekto perkėlimas į viršų pasvirusia plokštuma reikalauja mažiau jėgos nei jį tiesiogiai keliant, padidinant nuvažiuotą atstumą.

Mechaninis pasvirusios plokštumos pranašumas yra lygus pasvirusio paviršiaus ilgio ir jo uždengto aukščio santykiui.

Lopšys

Tai yra trikampio formos įrankis. Jis gali būti naudojamas atskirti du objektus, pašalinti objekto dalis, pakelti jį arba laikyti objektą vietoje.

Jis veikia jėgą, veikiantį jo buką galą, paverčiant jėgomis, statmenomis jo pasvirusiam paviršiui.

Mechaninį pranašumą suteikia santykis tarp šlaito ilgio ir pločio.

Varžtas

Tai mechanizmas, kuris sukimosi judesį paverčia linijiniu judėjimu, o sukimosi jėgą (sukimo momentą) paverčia linijine jėga. Varžtas yra tikrai dar viena pasvirusios plokštumos rūšis.

Dažniausiai jos formą sudaro cilindrinis velenas su spiraliniais grioveliais, vadinamais sriegiais išilgai.

Sraigtas praeina per skylę kitame objekte arba terpėje su vidiniais sriegiais, kurie yra susieti su varžto sriegiais.

Pavyzdžiai

Svirtys

Kai kurie svirtelių pavyzdžiai yra durų rankenos, nagų šalinimo plaktuko antgaliai, geležinės svirtys, šviesos jungikliai, butelių atidarytuvai ir vyriai.

Šaltinis: pixabay.com

Ratai ir ašys

Jie randami ten, kur viskas vyksta ratu, pavyzdžiui, elektrinis ventiliatorius, variklis, besisukančios durys, karuselė ir bet kuris ratas, nesvarbu, ar tai automobilyje, ar riedlentėje, ar ant dviračio.

Šaltinis: pixabay.com

Skriemuliai

Jie naudojami užuolaidose ir žaliuzėse, kad juos būtų galima perkelti aukštyn ir žemyn ar atgal.

Jie gali ką nors iškelti iš žemės, pavyzdžiui, vėliavą ant stulpo. Virvė traukiama žemyn, bet vėliava kyla.

Jie taip pat naudojami pramonėje keliant ir nuleidžiant didelius krovinius, laivuose keliant ir nuleidžiant burės, arba kranuose, naudojamuose ant judančios statybinės įrangos.

Liftas taip pat naudoja skriemulius, kad mašina judėtų žemyn ir aukštyn nuo grindų iki grindų.

Šaltinis: pixabay.com

Pasvirę lėktuvai

Jie naudojami motorolerių parkuose, neįgaliųjų vežimėlių rampose ir sunkvežimiams pervežti sunkvežimių gale ir iš jų.

Modifikuotos rampos versijos yra laiptuose, eskalatoriuose, pėsčiųjų takuose ir net ant skaidrių, naudojamų laiškams mesti į pašto dėžutę, tiesiai iki traukinio, einančio į šlaitą.

Šaltinis: pexels.com

Lopšys

Kai kurie pleištai, naudojami atskyrimui, gali būti kastuvas, peilis, kirvis, kišenė, pjūklas, žirklės ar ledo rinkinys.

Plokštės taip pat gali laikyti daiktus kartu, pvz., Segtukų, kaiščių, kilpų, vinių ar durų.

Šaltinis: pixabay.com

Varžtas

Kai kurie pavyzdžiai yra ant gręžtuvo, stiklainio dangtelio, lemputės, varžto, butelių dangtelių, maišytuvų ir rašiklių.

Kitas sraigto naudojimas yra įrenginyje, kuris vadinamas sraigtiniu siurbliu. Tai yra didžiulė varžto formos hidraulinė mašina, kuri eina į vandenį. Sukdamasis, dėl savo varžto formos, vanduo eina į viršų susuktu velenu, pakyla ten, kur reikia. Sraigtiniai siurbliai dažnai naudojami laistymui ir žemės ūkio reikmėms, tokioms kaip fermos.

Šaltinis: pixabay.com

Nuorodos

1. Vikipedija, nemokama enciklopedija (2019). Paprasta mašina. Paimta iš: en.wikipedia.org.
2. Aidaho visuomeninė televizija (2019 m.). Paprastos mašinos: faktai. Paimta iš: idahoptv.org.
3. Jimas Lucasas (2018). 6 paprastos mašinos: palengvinti darbą. Gyvasis mokslas. Paimta iš: livescience.com.
4. Mokyti inžinerijos (2019). Inžinerija: paprastos mašinos. Paimta iš: teachengineering.org.
5. Mokytojams studentams (2019). Kas yra paprastos mašinos? Paimta iš: forteachersforstudents.com.au.
6. Viktorijos valstijos vyriausybė (2019 m.). Paprastos mašinos. Paimta iš: education.vic.gov.au.
7. „Vex IQ“ (2019 m.). Šeši paprastų mašinų tipai. Paimta iš: vexrobotics.com.