ENKLE MASKINER: HISTORIE, KARAKTERISTIKA, TYPER, EKSEMPLER - TEKNOLOGI - 2025

De enkle maskiner er mekaniske enheder, der ændrer størrelsen eller retningen af ​​en styrke. De kan generelt defineres som det mest bare-ben-apparatur, der bruger en mekanisk fordel, også kaldet gearing, for at øge en styrke.

Gennem historien har mennesker udviklet forskellige enheder til at lette arbejdet. Det vigtigste er kendt som de seks typer enkle maskiner: håndtaget, hjulet og akslen, remskiven, det skrå plan, kilen og skruen.

Kilde: John Mills

Når du hører ordmaskinen, tænker du på noget som en gravemaskine eller en dampmaskine. I videnskaben er en maskine imidlertid alt, hvad der gør en styrke større.

En maskine kan øge mængden af ​​produceret kraft til prisen for en forholdsmæssig reduktion i den afstand, lasten bevæger sig. Mekanisk fordel kaldes forholdet mellem den producerede kraft og den anvendte kraft.

En simpel maskine bruger en enkelt anvendt kraft, der arbejder mod en enkelt belastningskraft. Når man ignorerer friktionstab, er arbejdet på lasten lig med det arbejde, der udføres af den påførte kraft.

Elementære blokke

Enkle maskiner findes overalt og bruges hver dag til at udføre enkle opgaver. De er også blevet brugt siden de tidligste dage af menneskelig eksistens.

Enkle maskiner kan betragtes som de elementære blokke, som alle de mere komplekse maskiner består af, kaldet sammensatte maskiner.

I mekanismen til en cykel bruges for eksempel remskiver, håndtag og hjul. Den mekaniske fordel ved en sammensat maskine er intet andet end resultatet af de mekaniske fordele ved de enkle maskiner, der komponerer den.

Selvom de fortsat betragtes som meget vigtige inden for mekanik og anvendt videnskab, har moderne mekanik overskredet denne vision om enkle maskiner som de elementære blokke, som alle maskiner er sammensat af.

Historie

Indledende ideer

Omkring det 3. århundrede f.Kr. C. opstod ideen om en simpel maskine med den græske filosof Archimedes, der studerede følgende enkle maskiner: greb, remskive og skrue.

Han opdagede i håndtaget princippet om mekanisk fordel. Hans berømte kommentar vedrørende håndtaget: "Giv mig et sted at læne mig, og jeg vil bevæge jorden" udtrykker hans forståelse af, at der ikke var nogen grænse for den mængde kraftforøgelse, der kunne opnås ved hjælp af mekanisk fordel.

Senere græske filosoffer definerede fem klassiske enkle maskiner og kunne beregne den mekaniske fordel, de havde.

F.eks. Lister Heron i Alexandria (10-75 e.Kr.) i sit arbejde Mechanics fem enheder, der kan sætte en belastning i gang: remskive, hjul og skaft, håndtag, skrue og kile, der beskriver deres fremstilling og anvendelse.

Grækenernes viden var imidlertid begrænset til statistikken for enkle maskiner (balancen mellem styrker), ikke inklusive dynamik, begrebet arbejde eller afvejen mellem kraft og afstand.

Renæssance periode

Dynamikken i mekaniske kræfter, som enkle maskiner blev kaldt, begyndte at blive undersøgt i renæssancen fra perspektivet om, hvor langt en belastning kunne løftes, ud over den kraft, der kunne anvendes, hvilket til sidst førte til det nye koncept mekanisk arbejde.

Den mekaniske fordel ved det skråplan blev trukket af den flamske ingeniør Simon Stevin i 1586. Det blev inkluderet sammen med de andre enkle maskiner.

Den italienske videnskabsmand Galileo Galilei uddybede i 1600 den komplette dynamiske teori om enkle maskiner i sit arbejde Le Meccaniche, hvor han afslørede den underliggende matematiske lighed som kraftforstærkere på disse maskiner. Han var den første til at forklare, at enkle maskiner ikke skabte energi, de transformerede kun den.

Leonardo da Vinci opdagede de klassiske regler for glidende friktion i maskiner, men de blev ikke offentliggjort eller dokumenteret i hans primer. I 1699 genopdagede Guillaume Amontons disse regler og i 1785 blev de udviklet af Charles-Augustin de Coulomb.

egenskaber

Enkle maskiner er enheder med ingen eller meget få bevægelige dele, der gør arbejdet lettere. En enkel maskins hovedfunktion er forstærkning af kraften eller ændring af bevægelsen.

Bevægelse og kraft

Bevægelse og kraft i en simpel maskine er uadskillelige. De er altid i omvendt forhold.

Kraften, der frembringes af en håndtag, er større end den kraft, der påføres, men den producerede bevægelse er mindre end den bevægelse, der anvendes. Det vil sige, at en gevinst i styrke ledsages af et tab i bevægelse.

Job

I mekanik er arbejde noget, som kræfter gør, når de bevæger sig i den retning, i hvilke de handler. Det vil sige, at når der bruges en kraft til at køre en afstand, produceres der arbejde. Dette udtrykkes matematisk som: Arbejde = Kraft × Afstand.

For at løfte en genstand skal der for eksempel udføres arbejde, der overstiger tyngdekraften og således være i stand til at bevæge objektet opad.

For at løfte et objekt dobbelt så tungt kræver det dobbelt så meget arbejde at løfte det samme afstand. Det ville også kræve dobbelt så meget arbejde at løfte det samme objekt dobbelt så langt.

Dette arbejdskoncept er grundlæggende for at definere den mekaniske funktion i enkle maskiner med hensyn til kraft og bevægelse, hvilket fremhæver uforsvarligheden mellem kraft og bevægelse.

Mekanisk fordel

Det er forholdet mellem den kraft, der udfører arbejde med hensyn til den anvendte styrke. Derfor er det kraftforstærkningseffektiviteten af ​​en simpel maskine.

Den mekaniske fordel ved enkle maskiner betyder, at mindre kraft kan bruges til at bevæge en genstand, men den skal flyttes en længere afstand.

Mange gange synes en opgave at være vanskelig, fordi den kræver en masse kraft. Brug af afvekslingen mellem afstand og styrke kan gøre opgaven meget lettere at gennemføre.

Et eksempel er at skubbe et tungt objekt ned ad en rampe. Det er lettere at skubbe genstanden ned ad rampen end at løfte den til den rigtige højde, men den skal bæres i en længere afstand.

Hvad er enkle maskiner til?

Enkle maskiner gør arbejdet lettere ved at udføre en eller flere af følgende funktioner:

- Overfør en styrke fra et sted til et andet.

- Skift retning af en styrke.

- Øg størrelsen af ​​en styrke.

- Øg afstanden til en styrke.

Selvom enkle maskiner har mange forskellige former, kommer de i seks grundlæggende typer:

- Kile: enhed til at adskille ting.

- Hjul og aksel: bruges til at reducere friktion og som kraftmultiplikator.

- Håndtag: bevæger sig rundt på et hjul for at øge eller mindske den mekaniske fordel.

- Skråplan: løft genstande, når du klatrer op på en skråning.

- Skrue: en enhed, der kan løfte eller holde genstande sammen.

- Remskive: ændrer retningen på en kraft.

Forøg den påførte kraft

Enkle maskiner hjælper mennesker med at øge den kraft, der påføres et objekt. De giver en mekanisk fordel til at hjælpe med at bevæge genstande.

Som arbejdsformlen indikerer, er den største fordel ved enkle maskiner at lade den samme mængde arbejde udføres ved at anvende en mindre mængde kraft over en større afstand.

For eksempel vil du løfte en genstand, der vejer 10 kg 2 meter fra jorden. 10 kg kraft kan udøves på genstanden i en opadgående retning i en afstand af 2 meter, hvilket gør 20 Newton arbejde.

Hvis der blev brugt en 3 meter lang håndtag, skal du placere genstanden i den ene ende og placere en 10 cm hjulstyrke under bjælken i 1 meters afstand fra genstanden, så for at løfte objektet skulle du skubbe ned i den anden ende med en styrke på kun 5 kg.

Enden af ​​håndtaget skulle imidlertid skubbes ned 4 meter for kun at løfte objektet 2 meter.

Der er en kompromis. Ved at sænke håndtaget fordobles den forrige afstand, men reducerer den krævede kraft med halvdelen og udfører den samme mængde arbejde.

typer

Håndtag

Det er en slags stiv bjælke, der har en fast omdrejningspunkt som støttepunkt. Det består af en last, som er genstanden, der skal flyttes eller løftes, et hjul, som er drejepunktet, og en indsats, der er den krævede kraft til at bevæge eller løfte lasten.

Anvendelse af en kraft på den ene ende af grebet skaber en større kraft i den anden ende. Den anvendte kraft øges eller mindskes afhængigt af afstanden fra hjulbenet til belastningen og spændingen.

Hjul og aksel

Det består af et hjul, der er fastgjort til en mindre aksel, så disse to dele roterer sammen, hvor en kraft overføres fra den ene til den anden. Et hængsel understøtter skaftet, hvilket tillader rotation.

Det letter arbejdet med at bevæge genstande over afstande. Hjulet, som er den runde ende, roterer med den cylindriske akse og forårsager bevægelsen.

Det kan også forstærke kraften. En lille kraft, der påføres et stort hjuls omkreds, kan flytte en større belastning fastgjort til en aksel.

Remskive

Det er designet til at understøtte bevægelse og retningsændring af et stram reb. Rebet vikler sig rundt om et hjul. Når hjulet drejer, bevæger rebet sig i enhver retning.

Hvis en krog er forbundet til rebet, kan hjulets rotation bruges til at hæve og sænke genstande, hvilket letter arbejdet.

Skråplan

Det er en plan overflade, med den ene ende højere end den anden, der bruges som støtte til at hæve eller sænke en belastning. De er vidt brugt til at bevæge tunge belastninger over lodrette forhindringer.

At bevæge et objekt op ad et skråt plan kræver mindre kraft end at løfte det direkte på bekostning af en stigning i den tilbagelagte afstand.

Den mekaniske fordel ved et skråt plan er lig med forholdet mellem længden af ​​den skrå overflade og den højde, det dækker.

Vugge

Det er et trekantet formet værktøj. Det kan bruges til at adskille to objekter, fjerne stykker af et objekt, løfte det eller holde et objekt på plads.

Det fungerer ved at konvertere en kraft, der påføres den stumpe ende, til kræfter vinkelret på dens skrå overflade.

Den mekaniske fordel er givet ved forholdet mellem længden af ​​skråningen og bredden.

Skrue

Det er en mekanisme, der omdanner rotationsbevægelsen til lineær bevægelse og rotationskraften (drejningsmoment) til en lineær kraft. En skrue er virkelig en anden type skråplan.

Dets mest almindelige form består af en cylindrisk skaft med spiralformede riller, der kaldes gevind langs ydersiden.

Skruen passerer gennem et hul i en anden genstand eller medium med indvendige gevind, der griber ind med skruetrådene.

eksempler

Levers

Nogle eksempler på håndtag er dørhåndtag, kløer på en sømfjernelseshammer, jernhåndtag, lysafbrydere, flaskeåbnere og hængsler.

Kilde: pixabay.com

Hjul og aksler

De findes, hvor tingene går rundt i en cirkel, som en elektrisk ventilator, en motor, en drejelig dør, en karrusel og ethvert hjul, hvad enten det er i bilen, på et skateboard eller på en cykel.

Kilde: pixabay.com

remskiver

De bruges i gardiner og persienner til at bevæge dem op og ned, eller frem og tilbage.

De kan bringe noget op fra jorden, som et flag på en stang. Rebet trækkes ned, men flaget går op.

De bruges også i industrien til at hæve og sænke tunge belastninger, på skibe til at hæve og sænke sejl eller i kraner, der skal bruges til at flytte konstruktionsudstyr.

Elevatorer bruger også remskiver til at flytte bilen ned og op fra gulv til gulv.

Kilde: pixabay.com

Skråplan

De bruges i scooterparker, kørestolsramper og til at flytte tungt udstyr ind og ud af bagsiden af ​​lastbiler.

Modificerede versioner af en rampe findes på trapper, rulletrapper, gangstier og endda på dias, der bruges til at slippe post i postkassen, helt op til et tog, der går op ad en skråning.

Kilde: pexels.com

Vugge

Nogle eksempler på kiler, der bruges til at adskille, kan være en skovl, en kniv, en øks, en pickaxe, en sav, en saks eller en ispik.

Kiler kan også holde tingene sammen, som i tilfælde af en hæfteklammer, stifter, stifter, negle eller dørstop.

Kilde: pixabay.com

Skrue

Nogle eksempler er på en bor, et krukke låg, en pære, en bolt, flaskehætter, vandhaner og penne.

En anden anvendelse af skruen er i en enhed kaldet en skruepumpe. Det er en enorm skrueformet hydraulisk maskine, der går i vandet. Når det drejes, takket være skrueformen, går vandet op i den snoede aksel og stiger til det sted, hvor det er nødvendigt. Skruepumper bruges ofte til kunstvanding og i landbrugsmiljøer som gårde.

Kilde: pixabay.com

Referencer

1. Wikipedia, gratis encyklopædi (2019). Enkel maskine. Taget fra: en.wikipedia.org.
2. Idaho Public Television (2019). Enkle maskiner: Fakta. Taget fra: idahoptv.org.
3. Jim Lucas (2018). 6 enkle maskiner: gør arbejdet lettere. Live videnskab. Taget fra: livescience.com.
4. Teach Engineering (2019). Engineering: enkle maskiner. Taget fra: teachengineering.org.
5. For lærere til studerende (2019). Hvad er enkle maskiner? Taget fra: forteachersforstudents.com.au.
6. Victoria State Government (2019). Enkle maskiner. Taget fra: education.vic.gov.au.
7. Vex IQ (2019). De seks typer enkle maskiner. Taget fra: vexrobotics.com.