सरल मशीनें ऐसी डिवाइस हैं जो हमें अधिक दूरी पर बल लगाने या बल को बढ़ाकर काम को आसान बनाती हैं। वे अधिक जटिल मशीनों के मूलभूत निर्माण खंड हैं और भौतिकी में गति के अध्ययन में गहराई से एकीकृत हैं। यह पाठ छह क्लासिक सरल मशीनों पर केंद्रित है: लीवर, पहिया और धुरा, चरखी, झुका हुआ विमान, पेंच और कील, यह पता लगाने के लिए कि वे काम करने के लिए गति और बल को कैसे बदलते हैं।
सरल मशीनों की बारीकियों में जाने से पहले, कार्य की अवधारणा को समझना आवश्यक है। भौतिकी में, कार्य को किसी वस्तु पर लगाए गए बल को उस दूरी से गुणा करके परिभाषित किया जाता है जिस पर इसे लगाया जाता है। गणितीय रूप से, इसे इस प्रकार व्यक्त किया जाता है:
\( W = F \times d \)जहाँ \(W\) कार्य है, \(F\) लगाया गया बल है, और \(d\) दूरी है। सरल मशीनें या तो लगाए गए बल को या जिस दूरी पर बल लगाया जाता है उसे बदल देती हैं, जिससे काम करने का तरीका बदल जाता है, बिना काम की कुल मात्रा में कोई बदलाव किए।
लीवर एक कठोर पट्टी होती है जो फुलक्रम नामक एक निश्चित बिंदु के चारों ओर घूमती है। यह क्षणों के सिद्धांत पर काम करता है, जहाँ फुलक्रम के एक तरफ का क्षण (टॉर्क) दूसरी तरफ के क्षण के साथ संतुलित होता है। क्षण लागू बल और फुलक्रम से दूरी का गुणनफल होता है, और इसे इस प्रकार दिया जाता है:
\( \textrm{पल} = F \times d \)लीवर को लगाए गए बल, फुलक्रम और भार की सापेक्ष स्थिति के आधार पर तीन प्रकारों में वर्गीकृत किया जाता है। सीसॉ प्रथम श्रेणी के लीवर का एक उत्कृष्ट उदाहरण है, जहाँ फुलक्रम बल और भार के बीच होता है।
पहिया और धुरा में एक बड़े व्यास का पहिया होता है जो एक छोटे व्यास के धुरा से जुड़ा होता है। पहिया (या धुरा) को घुमाने से दूसरा भाग हिलता है, जिससे बल या गति प्रभावी रूप से बढ़ जाती है। यांत्रिक लाभ, जो वह कारक है जिसके द्वारा एक मशीन अपने अंदर लगाए गए बल को गुणा करती है, पहिए और धुरा की त्रिज्या पर निर्भर करता है:
\( \textrm{यांत्रिक लाभ} = \frac{\textrm{पहिये की त्रिज्या}}{\textrm{धुरी की त्रिज्या}} \)यह सरल मशीन पवनचक्कियों और कार स्टीयरिंग प्रणालियों जैसे उपकरणों में देखी जाती है, जो दर्शाती है कि किस प्रकार कम प्रयास से घूर्णन गति को सुगम बनाया जा सकता है।
पुली एक धुरी पर लगा एक पहिया होता है जिसे रस्सी या केबल की गति को सहारा देने के लिए डिज़ाइन किया गया है। पुली लगाए गए बल की दिशा बदल सकती है, जिससे अक्सर भार उठाने के लिए आवश्यक बल कम हो जाता है। एक स्थिर पुली कोई यांत्रिक लाभ प्रदान नहीं करती है, लेकिन पुली (ब्लॉक और टैकल) की एक प्रणाली वजन वितरित करके भारी वस्तुओं को उठाने के लिए आवश्यक बल को काफी कम कर सकती है। पुली प्रणाली का यांत्रिक लाभ भार को सहारा देने वाले रस्सी खंडों की संख्या के बराबर होता है:
\( \textrm{यांत्रिक लाभ} = \textrm{सहायक रस्सी खंडों की संख्या} \)एक झुका हुआ तल एक समतल सतह है जो क्षैतिज से एक कोण पर झुका हुआ होता है। यह कार्य को अधिक दूरी तक फैलाकर भार को अधिक आसानी से उठाने की अनुमति देता है। झुका हुआ तल जितना लंबा होगा, किसी वस्तु को एक निश्चित ऊँचाई तक उठाने के लिए उतना ही कम बल की आवश्यकता होगी। एक झुके हुए तल का यांत्रिक लाभ निम्न द्वारा निर्धारित किया जाता है:
\( \textrm{यांत्रिक लाभ} = \frac{\textrm{झुकाव की लंबाई}}{\textrm{झुकाव की ऊंचाई}} \)इस सिद्धांत को रैम्प और स्लाइडों में लागू किया जाता है, जिससे ट्रकों पर सामान लादने या भारी फर्नीचर ले जाने जैसे कार्य सरल हो जाते हैं।
पेंच अनिवार्य रूप से एक सिलेंडर के चारों ओर लपेटा हुआ एक झुका हुआ तल होता है, जो घूर्णी गति को रैखिक गति में परिवर्तित करता है। जब पेंच को घुमाया जाता है, तो धागे घूर्णी बल को पेंच के लंबवत एक रैखिक बल में बदल देते हैं, इस प्रकार वस्तुओं को एक साथ उठाते या खींचते हैं। पेंच का यांत्रिक लाभ उसके धागों की दूरी पर निर्भर करता है:
\( \textrm{यांत्रिक लाभ} = \frac{2\pi \times \textrm{स्क्रू की त्रिज्या}}{\textrm{आवाज़ का उतार-चढ़ाव}} \)जहां पिच आसन्न धागों के बीच की दूरी है।
वेज दो झुके हुए तलों से बना एक उपकरण है। यह अपने चौड़े सिरे पर लगाए गए बल को अपनी झुकी हुई सतहों के लंबवत बलों में बदल देता है। वेज जितना नुकीला होगा (इसकी झुकी हुई सतहों के बीच का कोण जितना छोटा होगा), यह लंबवत रूप से उतना ही अधिक बल लगाएगा। इस सरल मशीन का व्यापक रूप से चाकू और कुल्हाड़ियों जैसी वस्तुओं को काटने और विभाजित करने में उपयोग किया जाता है।
सरल मशीनें हमारे दैनिक जीवन में महत्वपूर्ण भूमिका निभाती हैं, जो गति और बल को संशोधित करके कार्यों को आसान बनाती हैं। इन बुनियादी यांत्रिक सिद्धांतों को समझना अधिक जटिल मशीनरी की खोज करने और भौतिकी के विज्ञान में गहराई से उतरने के लिए आधार तैयार करता है। सरल मशीनें कैसे काम करती हैं, इसके बारे में सीखकर, हम अपने आस-पास की दुनिया के मूलभूत संचालन और आधुनिक जीवन को संभव बनाने वाले इंजीनियरिंग सिद्धांतों के बारे में जानकारी प्राप्त करते हैं।
