ENKLE MASKINER: HISTORIE, EGENSKAPER, TYPER, EKSEMPLER - TEKNOLOGI - 2025

De enkle maskinene er mekaniske enheter som endrer størrelsen eller retningen til en styrke. De kan generelt defineres som det mest nakne beinapparatet som bruker en mekanisk fordel, også kalt gearing, for å øke en styrke.

Gjennom historien har mennesker utviklet forskjellige enheter for å lette arbeidet. Det viktigste er kjent som de seks typene enkle maskiner: spaken, hjulet og akselen, remskiven, det skrå planet, kilen og skruen.

Kilde: John Mills

Når du hører ordmaskinen, tenker du på noe som en gravemaskin eller en dampmaskin. I vitenskapen er en maskin imidlertid noe som gjør en styrke større.

En maskin kan øke mengden produsert kraft, på bekostning av en proporsjonal reduksjon i avstanden lasten beveger seg. Mekanisk fordel kalles forholdet mellom den produserte kraften og den anvendte kraften.

En enkel maskin bruker en enkelt påført kraft som virker mot en enkelt lastekraft. Hvis du ignorerer friksjonstap, er arbeidet som er utført på lasten lik det arbeidet som er utført av den påførte kraften.

Elementære blokker

Enkle maskiner er overalt, og brukes hver dag til å utføre enkle oppgaver. De har også blitt brukt siden de tidligste dagene av menneskelig eksistens.

Enkle maskiner kan betraktes som elementære blokker som alle de mer komplekse maskinene er sammensatt av, kalt sammensatte maskiner.

I mekanismen til en sykkel brukes for eksempel trinser, spaker og hjul. Den mekaniske fordelen med en sammensatt maskin er ikke annet enn resultatet av de mekaniske fordelene til de enkle maskinene som komponerer den.

Selv om de fortsatt anses som veldig viktige innen mekanikk og anvendt vitenskap, har moderne mekanikk overgått visjonen om enkle maskiner som elementære blokker som alle maskiner er sammensatt av.

Historie

Opprinnelige ideer

Rundt det 3. århundre f.Kr. C. oppsto ideen om en enkel maskin, med den greske filosofen Archimedes, som studerte følgende enkle maskiner: spak, remskive og skrue.

Han oppdaget i spaken prinsippet om mekanisk fordel. Hans berømte kommentar angående spaken: "Gi meg et sted å lene meg og jeg vil bevege jorden" uttrykker hans forståelse av at det ikke var noen grense for mengden kraftøkning som kunne oppnås ved bruk av mekanisk fordel.

Senere greske filosofer definerte fem klassiske enkle maskiner og kunne beregne den mekaniske fordelen de hadde.

For eksempel lister Heron of Alexandria (10-75 e.Kr.) i sitt arbeid Mechanics fem enheter som kan sette en belastning i bevegelse: remskive, hjul og skaft, spak, skrue og kile, og beskriver deres fremstilling og bruk.

Grekenes kunnskap var imidlertid begrenset til statistikken til enkle maskiner (kraftenes balanse), ikke inkludert dynamikk, arbeidsbegrepet eller avveining mellom styrke og avstand.

Renessanseperiode

Dynamikken i mekaniske krefter, som enkle maskiner ble kalt, begynte å bli studert under renessansen, fra perspektivet om hvor langt en last kunne løftes, i tillegg til kraften som kunne brukes, noe som til slutt førte til det nye konseptet mekanisk arbeid.

Den mekaniske fordelen med det skråplanet ble trukket av den flamske ingeniøren Simon Stevin i 1586. Det ble inkludert sammen med de andre enkle maskinene.

Den italienske forskeren Galileo Galilei utdypet i 1600 den komplette dynamiske teorien om enkle maskiner, i sitt arbeid Le Meccaniche, hvor han avslørte den underliggende matematiske likheten som kraftforsterkere for disse maskinene. Han var den første som forklarte at enkle maskiner ikke skapte energi, de transformerte bare den.

Leonardo da Vinci oppdaget de klassiske reglene for glidende friksjon i maskiner, men de ble ikke publisert eller dokumentert i hans primer. I 1699 oppdaget Guillaume Amontons disse reglene og i 1785 ble de utviklet av Charles-Augustin de Coulomb.

kjennetegn

Enkle maskiner er enheter med ingen eller svært få bevegelige deler, som gjør arbeidet enklere. Hovedfunksjonen til en enkel maskin er forsterkning av kraften eller endring av bevegelsen.

Bevegelse og kraft

Bevegelse og kraft i en enkel maskin er uatskillelige. De er alltid i omvendt forhold.

Kraften som produseres av en spak er større enn kraften som påføres den, men bevegelsen som produseres er mindre enn den bevegelsen som brukes. Det vil si at en gevinst i styrke ledsages av tap av bevegelse.

Jobb

I mekanikk er arbeid noe som krefter gjør når de beveger seg i retningen de handler. Det vil si at når det påføres en styrke for å reise et stykke, produseres det arbeid. Dette uttrykkes matematisk som: Arbeid = Kraft × Avstand.

For å løfte en gjenstand må det for eksempel gjøres arbeid som overskrider tyngdekraften og dermed være i stand til å bevege objektet oppover.

For å løfte en gjenstand dobbelt så tung, krever det dobbelt så mye arbeid å løfte den på samme avstand. Det vil også ta dobbelt så mye arbeid å løfte den samme gjenstanden dobbelt så langt.

Dette arbeidskonseptet er grunnleggende for å definere den mekaniske funksjonen i enkle maskiner i form av kraft og bevegelse, og fremhever uforsvarlighet av kraft og bevegelse.

Mekanisk fordel

Det er forholdet mellom styrken som utfører arbeid med hensyn til den anvendte styrken. Derfor er det kraftforsterkningseffektiviteten til en enkel maskin.

Den mekaniske fordelen med enkle maskiner gjør at mindre kraft kan brukes til å bevege en gjenstand, men den må flyttes på lengre avstand.

Mange ganger oppleves en oppgave som vanskelig fordi den krever mye kraft. Å bruke avveiningen mellom avstand og styrke kan gjøre oppgaven mye enklere å fullføre.

Et eksempel er å skyve en tung gjenstand ned en rampe. Det er lettere å skyve gjenstanden ned rampen enn å løfte den til riktig høyde, men den må bæres på lengre avstand.

Hva er enkle maskiner til?

Enkle maskiner gjør arbeidet lettere ved å utføre en eller flere av følgende funksjoner:

- Overfør en styrke fra et sted til et annet.

- Endre retningen på en styrke.

- Øk størrelsen på en styrke.

- Øk avstanden til en styrke.

Selv om enkle maskiner har mange forskjellige former, kommer de i seks grunnleggende typer:

- Kile: enhet for å skille ting.

- Hjul og aksel: brukes til å redusere friksjonen og som en kraftmultiplikator.

- Spak: beveger seg rundt en bærebjelke for å øke eller redusere den mekaniske fordelen.

- Skråplan: løft gjenstander når du klatrer opp en skråning.

- Skrue: en enhet som kan løfte eller holde gjenstander sammen.

- Remskive: endrer retningen på en styrke.

Øk den påførte kraften

Enkle maskiner hjelper mennesker med å øke kraften som brukes på et objekt. De gir en mekanisk fordel for å hjelpe til med å bevege objekter.

Som arbeidsformelen indikerer, er den største fordelen med enkle maskiner å la samme mengde arbeid utføres ved å bruke en mindre mengde kraft over større avstand.

For eksempel vil du løfte en gjenstand som veier 10 kg 2 meter fra bakken. 10 kg kraft kan utøves på objektet i en retning oppover, i en avstand på 2 meter, og gjør 20 Newton arbeid.

Hvis en 3 meter spak ble brukt, plasserer du gjenstanden i den ene enden og plasserer en 10 cm bærebjelke under stangen på 1 meters avstand fra objektet, for å løfte gjenstanden må du skyve ned i den andre enden med en styrke på bare 5 kilo.

Imidlertid må enden av spaken skyves ned 4 meter for å løfte gjenstanden bare 2 meter.

Det er en avveining. Å senke spaken dobler den forrige avstanden, men reduserer kraften som kreves med halvparten, og gjør samme mengde arbeid.

typer

spaken

Det er en slags stiv stang som har en fast bærebjelke som et støttepunkt. Den består av en last, som er gjenstanden som skal flyttes eller løftes, en bærebjelke, som er pivoten, og en innsats, som er kraften som kreves for å bevege eller løfte lasten.

Å bruke en kraft på den ene enden av spaken skaper en større kraft i den andre enden. Den påførte kraften vil øke eller avta avhengig av avstanden fra bærebåndet til belastningen og spenningen.

Hjul og aksling

Det består av et hjul festet til en mindre aksel slik at disse to delene roterer sammen, hvor en kraft overføres fra den ene til den andre. Et hengsel støtter akselen, noe som tillater rotasjon.

Det letter arbeidet med å bevege objekter over avstander. Hjulet, som er den runde enden, roterer med den sylindriske aksen og forårsaker bevegelsen.

Det kan også forsterke kraften. En liten kraft påført omkretsen til et stort hjul kan bevege en større belastning festet til en aksel.

Talje

Det er designet for å støtte bevegelse og retningsendring av et stramt tau. Tauet vikler seg rundt et hjul. Når hjulet snur seg, beveger tauet seg i alle retninger.

Hvis en krok er koblet til tauet, kan hjulets rotasjon brukes til å heve og senke gjenstander, noe som letter arbeidet.

Skråplan

Det er en flat overflate, med den ene enden høyere enn den andre, brukt som støtte for å heve eller senke en last. De er mye brukt for å flytte store belastninger over vertikale hindringer.

Å flytte en gjenstand oppover i skråplan krever mindre kraft enn å løfte den direkte, på bekostning av en økning i tilbakelagt avstand.

Den mekaniske fordelen med et skråplan er lik forholdet mellom lengden på den skrå overflaten og høyden det dekker.

Vugge

Det er et trekantet verktøy. Den kan brukes til å skille to gjenstander, fjerne deler av en gjenstand, løfte den eller holde en gjenstand på plass.

Det fungerer ved å konvertere en kraft som påføres den stumpe enden, til krefter vinkelrett på den skrå overflaten.

Den mekaniske fordelen er gitt av forholdet mellom lengden på skråningen og bredden.

Skru

Det er en mekanisme som konverterer rotasjonsbevegelsen til lineær bevegelse og rotasjonskraften (dreiemomentet) til en lineær kraft. En skrue er virkelig en annen type skråplan.

Den vanligste formen består av en sylindrisk skaft med spiralformede spor som kalles tråder langs utsiden.

Skruen passerer gjennom et hull i en annen gjenstand eller medium med innvendige gjenger som griper sammen med skruegjengene.

eksempler

levers

Noen eksempler på spaker er dørhåndtak, klør på en spikerfjerningshammer, jernspaker, lysbrytere, flaskeåpnere og hengsler.

Kilde: pixabay.com

Hjul og aksler

De blir funnet der ting går rundt i en sirkel, som en elektrisk vifte, en motor, en roterende dør, en karusell og ethvert hjul, enten det er i bilen, på et skateboard eller på en sykkel.

Kilde: pixabay.com

trinser

De brukes i gardiner og persienner for å bevege dem opp og ned, eller frem og tilbake.

De kan føre noe opp fra bakken, som et flagg på en stolpe. Tauet trekkes ned, men flagget går opp.

De brukes også i industrien for å heve og senke tunge laster, på skip for å heve og senke seil, eller i kraner som skal brukes på flyttende anleggsutstyr.

Heiser bruker også remskiver for å flytte bilen ned og opp fra gulv til gulv.

Kilde: pixabay.com

Skråfly

De brukes i scooterparker, rullestolramper og for å flytte tungt utstyr inn og ut av baksiden av lastebiler.

Modifiserte versjoner av en rampe finnes på trapper, rulletrapper, gangstier, og til og med på lysbilder som brukes til å slippe post i postkassen, helt opp til et tog som går opp en skråning.

Kilde: pexels.com

Vugge

Noen eksempler på kiler som brukes til å skille kan være en spade, en kniv, en øks, en pickaxe, en sag, en saks eller en isplukk.

Kiler kan også holde ting sammen, som for en stift, pins, stifter, negler eller dørstopper.

Kilde: pixabay.com

Skru

Noen eksempler er på en bore, et krukks lokk, en lyspære, en bolt, flaskelokk, kraner og penner.

En annen bruk av skruen er i en enhet som kalles en skruepumpe. Det er en enorm skrueformet hydraulisk maskin som går i vannet. Når du roterer, takket være skrueformen, går vannet opp i den vridde akselen, og stiger til det der det trengs. Skruepumper brukes ofte til vanning og i landbruksmiljøer som gårdsbruk.

Kilde: pixabay.com

referanser

1. Wikipedia, gratis leksikon (2019). Enkel maskin. Hentet fra: en.wikipedia.org.
2. Idaho Public Television (2019). Enkle maskiner: fakta. Hentet fra: idahoptv.org.
3. Jim Lucas (2018). 6 enkle maskiner: Gjør arbeidet lettere. Levende vitenskap. Hentet fra: livescience.com.
4. Teach Engineering (2019). Ingeniørvitenskap: enkle maskiner. Hentet fra: teachengineering.org.
5. For lærere for studenter (2019). Hva er enkle maskiner? Hentet fra: forteachersforstudents.com.au.
6. Victoria State Government (2019). Enkle maskiner. Hentet fra: education.vic.gov.au.
7. Vex IQ (2019). De seks typene enkle maskiner. Hentet fra: vexrobotics.com.