ПРОСТИ МАШИНИ: ИСТОРИЯ, ХАРАКТЕРИСТИКИ, ВИДОВЕ, ПРИМЕРИ - ТЕХНОЛОГИЯ - 2025

Най- прости машини са механични устройства, които променят големината или посоката на сила. Обикновено те могат да бъдат определени като най-голите кости, които използват механично предимство, наричано също лост, за да увеличат сила.

През цялата история хората са разработвали различни устройства за улесняване на работата. Най-важните са известни като шестте вида прости машини: лостът, колелото и оста, шайбата, наклонената равнина, клинът и винтът.

Източник: Джон Милс

Когато чуете думата машина, се сещате за нещо като багер или парна машина. В науката обаче машината е всичко, което прави силата по-голяма.

Машината може да увеличи количеството на произведената сила с цената на пропорционално намаляване на разстоянието, което изминава товара. Механично предимство се нарича връзката между произведената сила и приложената сила.

Проста машина използва единична приложена сила, която работи срещу една сила на натоварване. Пренебрегвайки загубите от триене, работата, извършена върху товара, се равнява на работата, извършена от приложената сила.

Елементарни блокове

Простите машини са навсякъде и се използват всеки ден за изпълнение на прости задачи. Те се използват и от най-ранните дни на човешкото съществуване.

Простите машини могат да се разглеждат като елементарни блокове, от които са съставени всички по-сложни машини, наречени сложни машини.

Например в механизма на велосипед се използват шайби, лостове и колела. Механичното предимство на сложната машина не е нищо повече от резултат от механичните предимства на простите машини, които я съставят.

Въпреки че те продължават да се считат за много важни в механиката и приложната наука, съвременната механика е надхвърлила това виждане на прости машини като елементарни блокове, от които са съставени всички машини.

история

Първоначални идеи

Около III в. Пр. Н. Е. В. възниква идеята за обикновена машина, с гръцкия философ Архимед, който изучава следните прости машини: лост, шайба и винт.

Той откри в лоста принципа на механичното предимство. Известният му коментар по отношение на лоста: „Дайте ми място да се облегна и аз ще преместя Земята“ изразява разбирането си, че няма ограничение за увеличаването на силата, което може да се постигне с използването на механично предимство.

По-късно гръцките философи определиха пет класически прости машини и бяха в състояние да изчислят механичното предимство, което имат.

Например, в своята работа „Механика“, Heron of Alexandria (10-75 г. сл. Хр.) Изброява пет устройства, които могат да зададат натоварване в движение: шайба, колело и вал, лост, винт и клин, като подробно описва тяхното производство и употреба.

Въпреки това, знанията на гърците бяха ограничени до статиката на прости машини (съотношението на силите), без да включва динамиката, концепцията за работа или компромис между сила и разстояние.

Ренесансов период

Динамиката на механичните сили, както се наричаха прости машини, започна да се изучава през Възраждането, от гледна точка на това докъде може да се вдигне товар, в допълнение към силата, която може да бъде приложена, което в крайна сметка доведе до новата концепция механична работа.

Механичното предимство на наклонената равнина е изведено от фламандския инженер Саймън Стевин през 1586 г. Той е включен заедно с другите прости машини.

Италианският учен Галилео Галилей е разработил през 1600 г. пълната динамична теория на прости машини в своята работа Le Meccaniche, където разкрива основното математическо сходство като усилвателите на силите на тези машини. Той беше първият, който обясни, че простите машини не създават енергия, а само я преобразуват.

Леонардо да Винчи откри класическите правила за триене на плъзгане в машините, но те не бяха публикувани или документирани в неговия грунд. През 1699 г. Гийом Амонтон преоткрива тези правила и през 1785 г. те са разработени от Шарл-Августин де Кулом.

характеристики

Простите машини са устройства без или много малко движещи се части, които улесняват работата. Основната функция на обикновена машина е усилването на силата или изменението на движението.

Движение и сила

Движението и силата в обикновена машина са неразделни. Те винаги са в обратна връзка.

Силата, произведена от лост, е по-голяма от силата, приложена към него, но произведеното движение е по-малко от приложеното движение. Тоест, печалбата в сила се придружава от загуба на движение.

работа

В механиката работата е нещо, което силите правят, когато се движат в посоката, в която действат. Тоест, когато се прилага сила за изминаване на разстояние, се получава работа. Това се изразява математически като: Работа = Сила × Разстояние.

Например, за да се вдигне обект, трябва да се извърши работа, която надвишава силата на гравитацията и по този начин да може да се движи обекта нагоре.

За да повдигнете обект два пъти по-тежък, е необходимо два пъти повече работа, за да го повдигнете на същото разстояние. Освен това ще отнеме два пъти повече работа, за да се повдигне един и същ обект два пъти повече.

Тази концепция на работа е основна за определяне на механичната функция на прости машини по отношение на сила и движение, подчертавайки неразделимостта на силата и движението.

Механично предимство

Това е връзката между силата, която изпълнява работа по отношение на приложената сила. Следователно, това е ефективността на усилване на силата на обикновена машина.

Механичното предимство на прости машини означава, че може да се използва по-малко сила за придвижване на даден обект, но той трябва да бъде преместен на по-голямо разстояние.

Много пъти се смята, че дадена задача е трудна, защото изисква много сила. Използването на компромис между разстояние и сила може да направи задачата много по-лесна за изпълнение.

Пример е бутането на тежък предмет надолу по рампа. По-лесно е да натиснете обекта надолу по рампата, отколкото да го повдигнете на правилната височина, но трябва да се пренесе по-голямо разстояние.

За какво са прости машини?

Простите машини улесняват работата, като изпълняват една или повече от следните функции:

- Прехвърлете сила от едно място на друго.

- Промяна на посоката на сила.

- Увеличете силата на сила.

- Увеличете разстоянието на сила.

Въпреки че прости машини приемат много различни форми, те се предлагат в шест основни типа:

- Клин: устройство за разделяне на нещата.

- Колело и ос: използва се за намаляване на триенето и като усилвател на силата.

- Лост: се движи около опора, за да увеличи или намали механичното предимство.

- Наклонена равнина: повдигайте предмети, когато се изкачвате по склона.

- Винт: устройство, което може да повдига или държи елементи заедно.

- Шкив: променя посоката на сила.

Увеличете приложената сила

Простите машини помагат на хората да увеличат силата, приложена към обект. Те осигуряват механично предимство за подпомагане на преместването на обекти.

Както показва формулата на работа, основното предимство на простите машини е да позволяват да се извърши същото количество работа, като се прилага по-малко количество сила на по-голямо разстояние.

Например, искате да вдигнете предмет с тегло 10 килограма на 2 метра от земята. 10 кг сила могат да бъдат упражнени върху обекта във посока нагоре, за разстояние 2 метра, като по този начин се правят 20 нютона работа.

Ако се използва лост от 3 метра, като поставите обекта в единия си край и поставите 10 см опорна точка под щангата на разстояние 1 метър от обекта, тогава за да повдигнете обекта, ще трябва да натиснете от другата страна с сила само 5 килограма.

Краят на лоста обаче трябва да бъде изтласкан надолу 4 метра, за да се повдигне обектът само на 2 метра.

Има компромиси. Спускането на лоста удвоява предишното разстояние, но намалява силата, необходима наполовина, извършвайки същото количество работа.

Видове

лост

Това е вид твърда лента, която има фиксирана опорна точка като опора. Състои се от товар, който е обектът, който трябва да бъде преместен или повдигнат, опорна точка, която е въртенето, и усилие, което е силата, необходима за движение или повдигане на товара.

Прилагането на сила към единия край на лоста създава по-голяма сила в другия край. Приложената сила ще се увеличава или намалява в зависимост от разстоянието от опорната точка до натоварването и напрежението.

Колело и ос

Състои се от колело, прикрепено към по-малка ос, така че тези две части да се въртят заедно, при което сила се прехвърля от едната към другата. Панта поддържа вала, като позволява въртене.

Улеснява работата на движещи се обекти на разстояния. Колелото, което е кръгъл край, се върти с цилиндричната ос, причинявайки движението.

Той също може да усили силата. Малка сила, приложена към обиколката на голямо колело, може да премести по-голям товар, прикрепен към ос.

ролка

Той е проектиран да поддържа движението и промяната на посоката на опънато въже. Въжето се увива около колело. Докато колелото се завърти, въжето се движи във всяка посока.

Ако куката е свързана с въжето, въртенето на колелото може да се използва за повдигане и спускане на предмети, улесняващи работата.

Наклонена равнина

Това е плоска повърхност, с единия край по-висока от другата, използвана като опора за повдигане или сваляне на товар. Те се използват широко за преместване на тежки товари над вертикални препятствия.

Придвижването на обект нагоре по наклонена равнина изисква по-малко сила, отколкото директно повдигане, с цената на увеличение на изминатото разстояние.

Механичното предимство на наклонена равнина е равно на съотношението на дължината на наклонената повърхност към височината, която покрива.

люлка

Това е инструмент с триъгълна форма. Може да се използва за разделяне на два обекта, премахване на парчета от обект, повдигане или задържане на обект на място.

Той работи, като преобразува сила, приложена към тъпия му край, в сили, перпендикулярни на наклонената му повърхност.

Механичното предимство се дава от връзката между дължината на наклона и ширината.

винт

Това е механизъм, който превръща въртеливото движение в линейно движение, а въртящата сила (въртящия момент) в линейна сила. Винтът наистина е друг вид наклонена равнина.

Най-често срещаната му форма се състои от цилиндричен вал с винтови канали, наречени нишки по външната страна.

Винтът преминава през дупка в друг предмет или среда с вътрешни резби, които се свързват с винтовите нишки.

Примери

лостове

Някои примери за лостове са дръжки за врати, нокти на чук за отстраняване на нокти, железни лостове, превключватели на светлините, отварящи се бутилки и панти.

Източник: pixabay.com

Колела и оси

Те се намират там, където нещата се въртят в кръг, като електрически вентилатор, мотор, въртяща се врата, въртележка и всяко колело, независимо дали е в колата, на скейтборд или на колело.

Източник: pixabay.com

ролките

Използват се в завеси и щори, за да ги придвижват нагоре и надолу или напред и назад.

Те могат да донесат нещо от земята, като знаме на стълб. Въжето е свалено надолу, но флагът се издига нагоре.

Те се използват и в промишлеността за повдигане и спускане на тежки товари, на кораби за повдигане и спускане на платната или в кранове, които да се използват при движение на строителна техника.

Асансьорите също използват шайби, за да придвижват колата надолу и нагоре от пода до пода.

Източник: pixabay.com

Наклонени равнини

Използват се в паркове за скутери, рампи за инвалидни колички и за придвижване на тежка техника в и извън задната част на камионите.

Модифицираните версии на рампа се намират на стълби, ескалатори, пешеходни пътеки и дори на слайдове, използвани за изпускане на поща в пощенската кутия, чак до влак, който върви по склона.

Източник: pexels.com

люлка

Някои примери за клинове, използвани за разделяне, могат да бъдат лопата, нож, брадва, кирка, трион, ножица или леден подбор.

Клиновете също могат да държат нещата заедно, както в случая на телбод, щифтове, щифтове, гвоздеи или врата.

Източник: pixabay.com

винт

Някои примери са на тренировка, капак на буркана, електрическа крушка, болт, капачки за бутилки, кранове и химикалки.

Друга употреба на винта е в устройство, наречено винтова помпа. Това е огромна хидравлична машина с винтова форма, която отива във водата. При въртене, благодарение на винтовата си форма, водата се изкачва нагоре по усукания вал, издигайки се там, където е необходимо. Винтовите помпи често се използват за напояване и в селскостопански условия, като ферми.

Източник: pixabay.com

Препратки

1. Уикипедия, безплатната енциклопедия (2019). Проста машина. Взета от: en.wikipedia.org.
2. Обществена телевизия в Айдахо (2019). Прости машини: факти. Взета от: idahoptv.org.
3. Джим Лукас (2018). 6 прости машини: улесняване на работата. Наука на живо. Взета от: lifecience.com.
4. Teach Engineering (2019). Инженеринг: Прости машини. Взета от: teachengineering.org.
5. За учители за студенти (2019). Какво представляват прости машини? Взета от: forteachersforstudents.com.au.
6. Правителството на щата Виктория (2019). Прости машини. Взета от: education.vic.gov.au.
7. Vex IQ (2019). Шестте вида прости машини. Взета от: vexrobotics.com.