Makinat e thjeshta janë pajisje që e bëjnë punën më të lehtë duke na lejuar të ushtrojmë forcë në distanca më të mëdha ose duke e përforcuar forcën. Ato janë blloqet themelore të ndërtimit të makinave më komplekse dhe janë të integruara thellë në studimin e lëvizjes në fizikë. Ky mësim fokusohet në gjashtë makinat klasike të thjeshta: levë, rrotë dhe bosht, rrotull, rrafsh të pjerrët, vidë dhe pykë, duke eksploruar se si ato ndryshojnë lëvizjen dhe forcën për të kryer punë.
Para se të zhyteni në specifikat e makinerive të thjeshta, është thelbësore të kuptoni konceptin e punës. Puna, në fizikë, përkufizohet si forca e aplikuar në një objekt shumëfishuar distancën mbi të cilën zbatohet. Matematikisht, shprehet si:
\( W = F \times d \)ku \(W\) është puna, \(F\) është forca e aplikuar dhe \(d\) është distanca. Makinat e thjeshta ndryshojnë ose forcën e aplikuar ose distancën mbi të cilën zbatohet forca, duke ndryshuar mënyrën se si kryhet puna pa ndryshuar sasinë totale të punës.
Një levë është një shirit i ngurtë që rrotullohet rreth një pike fikse të quajtur pikëmbështetje. Punon në parimin e momenteve, ku momenti (përdredhja) në njërën anë të pikëmbështetjes balancohet me momentin në anën tjetër. Momenti është produkti i forcës së aplikuar dhe distancës nga pikëmbështetja, dhe jepet nga:
\( \textrm{Moment} = F \times d \)Levat klasifikohen në tre lloje në varësi të pozicioneve relative të forcës së aplikuar, pikëmbështetjes dhe ngarkesës. Një sharrë është një shembull klasik i një levë të klasit të parë, ku pikëmbështetja është midis forcës dhe ngarkesës.
Rrota dhe boshti përbëhen nga një rrotë me diametër më të madh të bashkangjitur në një bosht me diametër më të vogël. Kthimi i timonit (ose boshtit) bën që pjesa tjetër të lëvizë, duke përforcuar efektivisht forcën ose shpejtësinë. Avantazhi mekanik, i cili është faktori me të cilin një makinë shumëzon forcën e vendosur në të, varet nga rrezja e rrotës dhe boshtit sipas:
\( \textrm{Avantazhi mekanik} = \frac{\textrm{Rrezja e rrotës}}{\textrm{Rrezja e boshtit}} \)Kjo makinë e thjeshtë shihet në pajisje si mullinjtë e erës dhe sistemet e drejtimit të makinës, duke demonstruar se si lëvizja rrotulluese lehtësohet me më pak përpjekje.
Një rrotull është një rrotë në një bosht të krijuar për të mbështetur lëvizjen e një litari ose kablloje. Rrotullat mund të ndryshojnë drejtimin e një force të aplikuar, shpesh duke reduktuar forcën e nevojshme për të ngritur një ngarkesë. Një rrotull e vetme e fiksuar nuk ofron asnjë avantazh mekanik, por një sistem rrotullash (bllokimi dhe luftimi) mund të zvogëlojë ndjeshëm forcën e nevojshme për të ngritur objekte të rënda duke shpërndarë peshën. Avantazhi mekanik i një sistemi rrotullues është i barabartë me numrin e segmenteve të litarit që mbështesin ngarkesën:
\( \textrm{Avantazhi mekanik} = \textrm{Numri i segmenteve të litarit mbështetës} \)Një plan i pjerrët është një sipërfaqe e sheshtë e anuar në një kënd në horizontale. Lejon ngritjen më të lehtë të ngarkesës duke e shtrirë punën në një distancë më të gjatë. Sa më i gjatë të jetë rrafshi i pjerrët, aq më pak forcë nevojitet për të ngritur një objekt në një lartësi të caktuar. Avantazhi mekanik i një rrafshi të pjerrët përcaktohet nga:
\( \textrm{Avantazhi mekanik} = \frac{\textrm{Gjatësia e pjerrësisë}}{\textrm{Lartësia e pjerrësisë}} \)Ky parim zbatohet në rampa dhe rrëshqitje, duke thjeshtuar detyra të tilla si ngarkimi i mallrave në kamionë ose lëvizja e mobiljeve të rënda.
Një vidë është në thelb një plan i pjerrët i mbështjellë rreth një cilindri, duke e shndërruar lëvizjen rrotulluese në lëvizje lineare. Kur një vidë rrotullohet, fijet konvertojnë forcën rrotulluese në një forcë lineare pingul me vidën, duke ngritur ose tërhequr objektet së bashku. Avantazhi mekanik i një vidhe varet nga hapësira e fijeve të saj:
\( \textrm{Avantazhi mekanik} = \frac{2\pi \times \textrm{Rrezja e vidës}}{\textrm{Katrani}} \)ku hapi është distanca ndërmjet fijeve ngjitur.
Një pykë është një pajisje e përbërë nga dy plane të pjerrëta. Ai transformon një forcë të aplikuar në skajin e saj të gjerë në forca pingul me sipërfaqet e saj të pjerrëta. Sa më e mprehtë të jetë pyka (më i vogël këndi midis sipërfaqeve të saj të pjerrëta), aq më e madhe është forca që ushtron pingul. Kjo makinë e thjeshtë përdoret gjerësisht në prerjen dhe ndarjen e objekteve, si thika dhe sëpata.
Makinat e thjeshta luajnë një rol kritik në jetën tonë të përditshme, duke i bërë detyrat më të lehta duke modifikuar lëvizjen dhe forcën. Kuptimi i këtyre parimeve bazë mekanike shtron bazën për të eksploruar makineri më komplekse dhe për të thelluar në shkencën e fizikës. Duke mësuar se si funksionojnë makinat e thjeshta, ne fitojmë njohuri mbi operacionet themelore të botës përreth nesh dhe parimet inxhinierike që bëjnë të mundur jetën moderne.
