Едноставните машини се уреди кои ја олеснуваат работата со тоа што ни дозволуваат да вршиме сила на поголеми растојанија или со засилување на силата. Тие се основните градежни блокови на посложените машини и се длабоко интегрирани во проучувањето на движењето во физиката. Оваа лекција се фокусира на шесте класични едноставни машини: лост, тркало и оска, макара, наклонета рамнина, завртка и клин, истражувајќи како тие го менуваат движењето и силата за извршување на работата.
Пред да се нурне во спецификите на едноставните машини, од суштинско значење е да се разбере концептот на работа. Работата, во физиката, се дефинира како силата што се применува на објектот пократко од растојанието на кое се применува. Математички, тоа се изразува како:
\( W = F \times d \)каде \(W\) е работа, \(F\) е применетата сила и \(d\) е растојанието. Едноставните машини ја менуваат или применетата сила или растојанието над кое се применува силата, менувајќи го начинот на кој се врши работата без да се промени вкупната количина на работа.
Рачката е цврста лента што ротира околу фиксна точка наречена потпорна точка. Работи на принципот на моменти, каде моментот (вртежниот момент) на едната страна од потпорната точка е избалансиран со моментот од другата страна. Моментот е производ на применетата сила и растојанието од потпорната точка, и тој е даден со:
\( \textrm{Момент} = F \times d \)Рачките се класифицираат во три вида во зависност од релативните позиции на применетата сила, потпорната точка и оптоварувањето. клацкалката е класичен пример за лост од прва класа, каде што потпорната точка е помеѓу силата и товарот.
Тркалото и оската се состојат од тркало со поголем дијаметар прикачено на оска со помал дијаметар. Вртењето на тркалото (или оската) предизвикува другиот дел да се движи, ефикасно засилувајќи ја силата или брзината. Механичката предност, која е факторот со кој машината ја множи силата што ја внесува во неа, зависи од радиусот на тркалото и оската според:
\( \textrm{Механичка предност} = \frac{\textrm{Радиус на тркалото}}{\textrm{Радиус на оската}} \)Оваа едноставна машина се гледа во уреди како ветерници и системи за управување со автомобил, што покажува како ротационото движење се олеснува со помал напор.
Макара е тркало на оска дизајнирано да го поддржува движењето на јаже или кабел. Макарите можат да го променат правецот на применетата сила, честопати намалувајќи ја силата потребна за подигнување на товарот. Една фиксна макара не обезбедува механичка предност, но системот на макари (блокирање и справување) може значително да ја намали силата потребна за кревање тешки предмети со распределување на тежината. Механичката предност на системот со макара е еднаква на бројот на сегменти на јажето што го поддржуваат товарот:
\( \textrm{Механичка предност} = \textrm{Број на потпорни сегменти на јаже} \)Наклонета рамнина е рамна површина навалена под агол на хоризонталата. Овозможува полесно подигање на товарот со ширење на работата на подолго растојание. Колку е подолга навалената рамнина, толку помалку сила е потребна за да се подигне објектот на одредена висина. Механичката предност на наклонетата рамнина се определува со:
\( \textrm{Механичка предност} = \frac{\textrm{Должина на наклон}}{\textrm{Висина на наклон}} \)Овој принцип се применува во рампи и лизгалки, поедноставувајќи ги задачите како што се товарење стока на камиони или преместување на тежок мебел.
Завртката во суштина е наклонета рамнина обвиткана околу цилиндар, трансформирајќи го ротационото движење во линеарно движење. Кога се врти завртката, навоите ја претвораат ротационата сила во линеарна сила нормална на завртката, со што се креваат или влечат предметите заедно. Механичката предност на завртката зависи од растојанието на неговите навои:
\( \textrm{Механичка предност} = \frac{2\pi \times \textrm{Радиус на завртката}}{\textrm{Теренот}} \)каде што чекорот е растојанието помеѓу соседните нишки.
Клин е уред составен од две наклонети рамнини. Ја трансформира силата што се применува на нејзиниот широк крај во сили нормални на неговите наклонети површини. Колку е поостар клинот (помал аголот помеѓу неговите наклонети површини), толку е поголема силата што ја врши нормално. Оваа едноставна машина е широко користена за сечење и разделување предмети, како ножеви и секири.
Едноставните машини играат клучна улога во нашиот секојдневен живот, олеснувајќи ги задачите со менување на движењето и силата. Разбирањето на овие основни механички принципи ја поставува основата за истражување на посложени машини и навлегување подлабоко во науката за физиката. Со учење за тоа како функционираат едноставните машини, добиваме увид во основните операции на светот околу нас и инженерските принципи кои го прават модерниот живот возможен.
