6 Είδη Απλές Μηχανές

Η εργασία εκτελείται με την εφαρμογή δύναμης σε απόσταση. Αυτές οι έξι απλές μηχανές δημιουργούν μεγαλύτερη δύναμη εξόδου από τη δύναμη εισόδου. ο λόγος αυτών των δυνάμεων είναι το μηχανικό πλεονέκτημα της μηχανής. Και οι έξι απλές μηχανές που αναφέρονται εδώ έχουν χρησιμοποιηθεί για χιλιάδες χρόνια, και η φυσική πίσω από αρκετές από αυτές ποσοτικοποιήθηκε από τον Έλληνα φιλόσοφο Αρχιμήδη (περίπου 287–212 π.Χ.). Όταν συνδυάζονται, αυτά τα μηχανήματα μπορούν να χρησιμοποιηθούν μαζί για να δημιουργήσουν ένα ακόμη μεγαλύτερο μηχανικό πλεονέκτημα, όπως στην περίπτωση ενός ποδηλάτου.

Μοχλός

Ένας μοχλός είναι μια απλή μηχανή που αποτελείται από ένα άκαμπτο αντικείμενο (συχνά μια ράβδο κάποιου είδους) και ένα υπομόχλιο (ή άξονα). Η εφαρμογή μιας δύναμης στο ένα άκρο του άκαμπτου αντικειμένου προκαλεί την περιστροφή του γύρω από το υπομόχλιο, προκαλώντας μεγέθυνση της δύναμης σε άλλο σημείο κατά μήκος του άκαμπτου αντικειμένου. Υπάρχουν τρεις κατηγορίες μοχλών, ανάλογα με το πού η δύναμη εισόδου, η δύναμη εξόδου και το υπομόχλιο βρίσκονται σε σχέση μεταξύ τους. Ο παλαιότερος μοχλός χρησιμοποιήθηκε ως ζυγαριά το 5000 π.Χ. Ο Αρχιμήδης πιστώνεται ότι είπε «Δώσε μου ένα μέρος να σταθώ και θα κινήσω τη γη». Τα ρόπαλα του μπέιζμπολ, οι τραμπάλα, τα καρότσια και οι λοστοί είναι όλοι οι τύποι μοχλών.

Τροχός και άξονας

Ο τροχός είναι μια κυκλική συσκευή που είναι προσαρτημένη σε μια άκαμπτη ράβδο στο κέντρο της. Μια δύναμη που εφαρμόζεται στον τροχό προκαλεί την περιστροφή του άξονα, η οποία μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να μεγεθύνει τη δύναμη (για παράδειγμα, έχοντας έναν άνεμο σχοινιού γύρω από τον άξονα). Εναλλακτικά, μια δύναμη που εφαρμόζεται για την παροχή περιστροφής στον άξονα μεταφράζεται σε περιστροφή του τροχού. Μπορεί να θεωρηθεί ως ένας τύπος μοχλού που περιστρέφεται γύρω από ένα κεντρικό υπομόχλιο. Ο παλαιότερος γνωστός συνδυασμός τροχού και άξονα ήταν ένα μοντέλο παιχνιδιού ενός τετράτροχου καροτσιού που κατασκευάστηκε στη Μεσοποταμία περίπου το 3500 π.Χ. Οι τροχοί, τα ελαστικά και οι πλάστη είναι παραδείγματα τροχών και αξόνων.

Κεκλιμένο επίπεδο

Ένα κεκλιμένο επίπεδο είναι μια επίπεδη επιφάνεια που τοποθετείται υπό γωνία ως προς μια άλλη επιφάνεια. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα να κάνετε την ίδια ποσότητα εργασίας εφαρμόζοντας τη δύναμη σε μεγαλύτερη απόσταση. Το πιο βασικό κεκλιμένο επίπεδο είναι μια ράμπα. Απαιτεί λιγότερη δύναμη για να ανέβει μια ράμπα σε υψηλότερο υψόμετρο παρά για να ανέβει σε αυτό το ύψος κατακόρυφα. Κανείς δεν εφηύρε το κεκλιμένο αεροπλάνο μιας και εμφανίζεται φυσικά στη φύση, αλλά οι άνθρωποι χρησιμοποιούσαν ράμπες για να χτίσουν μεγάλα κτίρια (μνημειακή αρχιτεκτονική) ήδη από το 10.000–8.500 π.Χ. Το "On Plane Equilibrium" του Αρχιμήδη περιγράφει τα κέντρα βάρους για διάφορα γεωμετρικά επίπεδα.

Σφήνα

Η σφήνα θεωρείται συχνά ένα διπλό κεκλιμένο επίπεδο - και οι δύο πλευρές είναι κεκλιμένες - που κινείται για να ασκήσει δύναμη κατά μήκος των πλευρών. Η δύναμη είναι κάθετη στις κεκλιμένες επιφάνειες, άρα απομακρύνει δύο αντικείμενα (ή τμήματα ενός μόνο αντικειμένου). Τα τσεκούρια, τα μαχαίρια και οι σμίλες είναι όλα σφήνες. Η κοινή "σφήνα πόρτας" χρησιμοποιεί τη δύναμη στις επιφάνειες για να παρέχει τριβή, αντί να διαχωρίζει τα πράγματα, αλλά εξακολουθεί να είναι βασικά μια σφήνα. Η σφήνα είναι η παλαιότερη απλή μηχανή, κατασκευασμένη από τους προγόνους μας Homo erectus τουλάχιστον πριν από 1,2 εκατομμύρια χρόνια για την κατασκευή πέτρινων εργαλείων.

Βίδα

Μια βίδα είναι ένας άξονας που έχει μια κεκλιμένη αυλάκωση κατά μήκος της επιφάνειάς του. Περιστρέφοντας τη βίδα (εφαρμόζοντας ροπή), η δύναμη εφαρμόζεται κάθετα στο αυλάκι, μετατρέποντας έτσι μια περιστροφική δύναμη σε γραμμική. Χρησιμοποιείται συχνά για τη στερέωση αντικειμένων μεταξύ τους (όπως κάνει η βίδα και το μπουλόνι υλικού). Οι Βαβυλώνιοι στη Μεσοποταμία ανέπτυξαν τη βίδα τον 7ο αιώνα π.Χ., για να ανυψώσουν το νερό από ένα χαμηλό σώμα σε ένα υψηλότερο (άρδευση ενός κήπου από ένα ποτάμι). Αυτό το μηχάνημα θα γινόταν αργότερα γνωστό ως βίδα του Αρχιμήδη.

Τροχαλία

Η τροχαλία είναι ένας τροχός με μια αυλάκωση κατά μήκος της άκρης του, όπου μπορεί να τοποθετηθεί ένα σχοινί ή ένα καλώδιο. Χρησιμοποιεί την αρχή της εφαρμογής δύναμης σε μεγαλύτερη απόσταση, καθώς και την τάση στο σχοινί ή το καλώδιο, για να μειώσει το μέγεθος της απαραίτητης δύναμης. Πολύπλοκα συστήματα τροχαλιών μπορούν να χρησιμοποιηθούν για να μειώσουν σημαντικά τη δύναμη που πρέπει να ασκηθεί αρχικά για να μετακινηθεί ένα αντικείμενο. Απλές τροχαλίες χρησιμοποιήθηκαν από τους Βαβυλώνιους τον 7ο αιώνα π.Χ. το πρώτο σύνθετο (με πολλούς τροχούς) εφευρέθηκε από τους Έλληνες περίπου το 400 π.Χ. Ο Αρχιμήδης τελειοποίησε την υπάρχουσα τεχνολογία, κάνοντας το πρώτο πλήρως υλοποιημένο μπλοκ και τάκλιν.

Τι είναι μια μηχανή;

Η πρώτη χρήση της λέξης «μηχανή» («μηχανή») στα ελληνικά ήταν από τον αρχαίο Έλληνα ποιητή Όμηρο τον 8ο αιώνα π.Χ., ο οποίος τη χρησιμοποίησε για να αναφερθεί στην πολιτική χειραγώγηση. Ο Έλληνας θεατρικός συγγραφέας Αισχύλος (523–426 π.Χ.) πιστώνεται ότι χρησιμοποιεί τη λέξη σε σχέση με θεατρικές μηχανές όπως το «deus ex machina " ή "θεός από μηχανή." Αυτό το μηχάνημα ήταν ένας γερανός που έφερε ηθοποιούς που έπαιζαν θεούς στη σκηνή.

Πηγές και περαιτέρω ανάγνωση

• Bautista Paz, Emilio, et al. "A Brief Illustrated History of Machines and Mechanisms." Ντόρντρεχτ, Γερμανία:Springer, 2010. Εκτύπωση.
• Τσεκαρέλι, Μάρκο. "Συμβολές του Αρχιμήδη στη Μηχανική και Σχεδιασμό Μηχανισμών." Μηχανισμός και Θεωρία Μηχανών 72 (2014):86–93. Εκτύπωση.
• Χοντρός, Θωμάς Γ. «Archimedes Life Works and Machines». Μηχανισμός και Θεωρία Μηχανών 45.11 (2010):1766–75. Εκτύπωση.
• PIsano, Raffaele και Danilo Capecchi. «Στις Αρχιμήδειες Ρίζες στη Μηχανική του Τοριτσέλι». Η ιδιοφυΐα του Αρχιμήδη:23 αιώνες επιρροής στα μαθηματικά, την επιστήμη και τη μηχανική. Eds. Παϊπέτης, Stephans A. και Marco Ceccarelli. Proceedings of an International Conference Hold at Syracuse, Italy, 8–10 Ιουνίου 2010. Dordrecht, Germany:Springer, 2010. 17–28. Εκτύπωση.
• Waters, Shaun και George A. Aggidis. "Πάνω από 2000 χρόνια σε ανασκόπηση:Revival of the Archimedes Screw from Pump to Turbine." Επισκοπήσεις ανανεώσιμων πηγών ενέργειας και βιώσιμης ενέργειας 51 (2015):497–505. Εκτύπωση.