6 rodzajów prostych maszyn

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

ZA dźwignia jest prostą maszyną, która składa się ze sztywnego obiektu (często pewnego rodzaju pręta) i punktu podparcia (lub osi obrotu). Przyłożenie siły do ​​jednego końca sztywnego obiektu powoduje obrót wokół punktu podparcia, powodując powiększenie siły w innym punkcie wzdłuż sztywnego obiektu. Istnieją trzy klasy dźwigni, w zależności od tego, gdzie siła wejściowa, siła wyjściowa i punkt podparcia są względem siebie. Najwcześniejsza dźwignia była używana jako waga do 5000 pne; Archimedesowi przypisuje się powiedzenie: „Daj mi miejsce, aby stanąć, a ja poruszę ziemię”. Kije baseballowe, huśtawki, taczki i łomy to wszelkiego rodzaju dźwignie.

Koło to okrągłe urządzenie przymocowane do sztywnego pręta w jego środku. Siła przyłożona do koła powoduje obrót osi, co można wykorzystać do zwiększenia siły (na przykład poprzez owinięcie liny wokół osi). Alternatywnie siła przyłożona do zapewnienia obrotu osi przekłada się na obrót koła. Można go postrzegać jako rodzaj dźwigni, która obraca się wokół środkowego punktu podparcia. Najwcześniejszą znaną kombinacją kół i osi był zabawkowy model czterokołowego wózka wyprodukowanego w Mezopotamii około 3500 pne. Diabelski młyn, opony i wałki do ciasta to przykłady kół i osi.

Pochyła płaszczyzna jest płaską powierzchnią ustawioną pod kątem do innej powierzchni. Powoduje to wykonanie takiej samej ilości pracy poprzez przyłożenie siły na większą odległość. Najbardziej podstawową pochyloną płaszczyzną jest rampa; wymaga mniejszej siły, aby przejść po rampie na wyższą wysokość niż wspinać się na tę wysokość w pionie. Nikt nie wynalazł pochyłej płaszczyzny, ponieważ występuje ona naturalnie w przyrodzie, ale ludzie używali ramp do budowy dużych budynków (architektura monumentalna) już 10 000–8 500 pne „On Plane Equilibrium” Archimedesa opisuje środki ciężkości różnych figur geometrycznych na płaszczyźnie.

Klin jest często uważany za podwójnie nachyloną płaszczyznę - obie strony są pochylone - która porusza się, aby wywierać siłę wzdłuż długości boków. Siła jest prostopadła do pochyłych powierzchni, więc odsuwa dwa obiekty (lub części jednego obiektu) od siebie. Siekiery, noże i dłuta to kliny. Wspólny „klin drzwi” wykorzystuje siłę na powierzchni, aby zapewnić tarcie, a nie rozdzielać rzeczy, ale nadal jest to zasadniczo klin. Klin to najstarsza prosta maszyna wykonana przez naszych przodków człowiek wyprostowany co najmniej tak dawno, jak 1,2 miliona lat temu robić kamienne narzędzia.

Śruba jest wałem, który ma nachylony rowek na swojej powierzchni. Obracając śrubę (stosując moment obrotowy), siła przyłożona jest prostopadle do rowka, w ten sposób przekładając siłę obrotową na liniową. Jest często używany do łączenia przedmiotów (tak jak śruba i śruba sprzętowa). Babilończycy w Mezopotamii rozwinęli śrubę w VII wieku pne, aby podnieść wodę z nisko położonego ciała do wyższego (nawadniać ogród z rzeki). Ta maszyna będzie później znana jako śruba Archimedesa.

Koło pasowe to koło z rowkiem wzdłuż krawędzi, na którym można umieścić linę lub linkę. Wykorzystuje zasadę przyłożenia siły na większą odległość, a także naprężenia liny lub liny, aby zmniejszyć wielkość niezbędnej siły. Złożone systemy kół pasowych mogą być użyte do znacznego zmniejszenia siły, którą należy przyłożyć początkowo do poruszenia obiektu. Proste koła pasowe były używane przez Babilończyków w VII wieku pne; pierwszy złożony (z kilkoma kołami) został wynaleziony przez Greków około 400 rpne Archimedes udoskonalił istniejącą technologię, tworząc pierwszy w pełni zrealizowany blok i sprzęt.

Pierwsze użycie słowa „maszyna” („machina”) w języku greckim dokonał starożytny grecki poeta Homer w VIII wieku p.n.e., który użył go w odniesieniu do manipulacji politycznych. Grecki dramatopisarz Ajschylos (523–426 p.n.e.) przypisuje się używanie tego słowa w odniesieniu do maszyn teatralnych, takich jak „deus ex machina„lub„ bóg z maszyny ”. Ta maszyna była dźwigiem, który wprowadził aktorów grających bogów na scenę.

• Bautista Paz, Emilio i in. „Krótka ilustrowana historia maszyn i mechanizmów”. Dordrecht, Niemcy: Springer, 2010. Wydrukować.
• Ceccarelli, Marco. "Wkład Archimedesa w mechanikę i projektowanie 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 archimedesowych korzeniach w mechanice Torricellego”. Geniusz Archimedesa: 23 wieki wpływu na matematykę, naukę i inżynierię. Eds. Paipetis, Stephans A. i Marco Ceccarelli. Materiały z międzynarodowej konferencji, która odbyła się w Syrakuzach we Włoszech, 8–10 czerwca 2010 r. Dordrecht, Niemcy: Springer, 2010. 17–28. Wydrukować.
• Waters, Shaun i George A. Aggidis "Ponad 2000 lat przeglądu: Odrodzenie śruby Archimedesa od pompy do turbiny." Recenzje energii odnawialnej i zrównoważonej 51 (2015): 497–505. Wydrukować.