In diesem Artikel wird erklärt, was einfache Maschinen sind und wofür sie verwendet werden. Sie erfahren, was der Begriff „einfache Maschine“ bedeutet, welche verschiedenen Arten einfacher Maschinen es gibt und wie der mechanische Vorteil einer einfachen Maschine berechnet wird.
Was ist eine einfache Maschine?
Eine einfache Maschine ist ein Mechanismus, der es Ihnen ermöglicht, die Größe oder Richtung einer Kraft zu ändern. Einfach ausgedrückt ist eine einfache Maschine ein mechanisches Gerät, mit dem Kraft mit weniger Kraftaufwand oder bequemer ausgeübt werden kann.
Der Hebel ist beispielsweise eine einfache Maschine. Der Hebel ist eine einfache Maschine, da Sie damit einen schweren Gegenstand mit viel weniger Kraft heben können, als wenn Sie ihn ohne Hebel heben würden.
Kurz gesagt können einfache Maschinen als die einfachsten Mechanismen definiert werden, die mechanische Vorteile bieten.
Arten einfacher Maschinen
Nachdem wir die Definition einer einfachen Maschine kennengelernt haben, erklären wir die verschiedenen Tricks einfacher Maschinen sowie ihre Eigenschaften.
Aufzug
Ein Hebel ist eine Art einfache Maschine, die Kraft und Bewegung überträgt. Ein Hebel ist also ein mechanisches Gerät, das dazu dient, die auf ein Objekt ausgeübte Kraft, seine Geschwindigkeit oder die von ihm zurückgelegte Strecke zu erhöhen.
Im Allgemeinen bestehen Hebel aus einer starren Stange, die sich um einen Drehpunkt, den sogenannten Drehpunkt, drehen kann.
Der Hebel ist eine sehr alte einfache Maschine, von der man annimmt, dass sie bereits in der Vorgeschichte erfunden wurde. Tatsächlich ist der Hebelmechanismus sehr einfach zu implementieren und darüber hinaus sehr nützlich, da er es ermöglicht, die auf einen Gegenstand ausgeübte Kraft erheblich zu erhöhen.
Rolle
Eine Riemenscheibe ist eine einfache Maschine zur Kraftübertragung. Der Flaschenzug ist ein Zuggerät zum bequemen Heben von Gewichten.
Das Hauptmerkmal dieser einfachen Maschine besteht darin, dass mehrere Riemenscheiben kombiniert werden können, um den Kraftaufwand zum Heben eines schweren Gegenstands zu verringern. Mit anderen Worten: Mit Flaschenzügen kann eine Last bewegt werden, indem eine Kraft ausgeübt wird, die viel geringer ist als ihr Gewicht. Auf diese Weise können schwere Gegenstände problemlos gehandhabt werden.
Das Flaschenzuggetriebe besteht aus einem Rad mit einer kleinen Rille, in die ein Seil, Kabel oder eine Kette eingelegt wird. Die Funktionsweise dieser einfachen Maschine besteht also darin, eine Last an einem Ende des Seils aufzuhängen und am anderen Ende des Seils zu ziehen. Auf diese Weise wird der Gegenstand mithilfe des Flaschenzugmechanismus angehoben.
In der Physik werden solche einfachen Maschinen verwendet, um Kraftprobleme zu stellen, da die Lösung dieser Art von Problemen hilft, das Konzept der Kraft zu verstehen und zu lernen, wie man den Wert einer Kraft berechnet.
Wiege
Ein Keil ist ein dreieckiges Stück, das normalerweise aus Holz oder Metall besteht und in einem sehr spitzen Winkel endet.
Bei einer einfachen Maschine wird die Form des Keils genutzt, um die Richtung der auf ihn ausgeübten Kraft zu ändern. Somit wird der Keil verwendet, um einen Gegenstand in zwei Teile zu trennen, einen Gegenstand anzuheben oder einen statischen Gegenstand an Ort und Stelle zu halten.
Die Funktion eines Keils besteht darin, eine an seinem Ende wirkende Kraft in zwei Kräfte umzuwandeln, die senkrecht zu seinen geneigten Flächen stehen. Daher ist ein Keil eine einfache Maschine, die die Richtung einer Kraft ändern kann.
Zunächst wird die auf die flache Oberfläche des Keils ausgeübte Kraft auf dessen spitzes Ende übertragen, sodass dieser in ein Objekt eindringen kann. Beim Einführen des Keils in das entstandene Loch wird dann die auf seine flache Oberfläche ausgeübte Kraft in zwei Kräfte umgewandelt, die senkrecht zu den geneigten Flächen des Keils gerichtet sind, wodurch das Objekt in zwei Teile geteilt wird.
Schiefe Ebene
Eine schiefe Ebene ist eine um einen bestimmten Winkel geneigte Fläche. In der Physik werden solche einfachen Geräte zum Training bei Kraftproblemen eingesetzt.
Beispielsweise sind eine Rampe oder eine abschüssige Straße schiefe Ebenen.
Durch die schiefe Ebene können Sie einen Gegenstand mit weniger Kraft transportieren. Da das Schieben eines Objekts auf einer schiefen Ebene weniger Kraft erfordert als das vertikale Heben.
Drehkreuz
Die Drehmaschine ist ein Instrument, das im Wesentlichen aus einer Kurbel besteht, die an einem Zylinder befestigt ist, in den ein Kabel gewickelt ist.
Der Betrieb dieser einfachen Maschine besteht also darin, dass der Zylinder die Kurbel betätigt, um das Kabel zu drehen oder abzuwickeln. Auf diese Weise kann der am Seil hängende Gegenstand angehoben oder abgesenkt werden.
Der Vorteil dieser einfachen Maschine besteht darin, dass Sie eine Last mit weniger Kraft heben können. Andererseits muss eine Bewegung mit der Kurbel größer sein als der von der Last zurückgelegte Weg, daher bewegt sich die Last langsamer als die Kurbel.
Schrauben
Die Schraube ist im Allgemeinen ein metallischer Gegenstand, der eine zylindrische Form hat und dessen Oberfläche ein spiralförmiges Profil aufweist.
Der Betrieb dieser einfachen Maschine besteht darin, sie mit ihrem Kopf oder einer Kurbel zu drehen, sodass sich die Schraube dank ihres spiralförmigen Profils in Richtung ihrer Achse vor- oder zurückbewegt.
Die Schraube ist also eine einfache Maschine, die es ermöglicht, eine Drehbewegung in eine lineare Bewegung umzuwandeln. Bedenken Sie, dass sich die Schraube je nach Drehrichtung vorwärts oder rückwärts bewegt.
Andere Werkzeuge wie der Wagenheber oder der Korkenzieher stammen aus der Bedienung dieser Art einfacher Maschine.
Rad
Das Rad besteht aus einem runden Körper, der sich um eine Achse dreht. Mit dieser Art einfacher Maschine können Sie Kreisbewegungen in Fahrbewegungen umwandeln, denn wenn die Radachse an einem Gegenstand befestigt ist, bewegt sie sich vorwärts, während das Rad rollt.
Das Rad ist die älteste einfache Maschine und ihre Verwendung ist die am weitesten verbreitete aller Arten einfacher Maschinen. Eine Anwendung dieser Art einfacher Maschine ist beispielsweise der Landtransport, der sich dank der Betätigung mehrerer Räder fortbewegt.
Mechanischer Vorteil einer einfachen Maschine
Der mechanische Vorteil einer einfachen Maschine ist ein Parameter, der angibt, um wie viel die auf die einfache Maschine ausgeübte Kraft verstärkt wird. Der mechanische Vorteil gibt daher das Verhältnis zwischen Eingangskraft und Ausgangskraft an.
Mathematisch ist der mechanische Vorteil einer einfachen Maschine definiert als das Verhältnis der resultierenden Kraft zur ausgeübten Kraft.
Der mechanische Vorteil einer einfachen Maschine kann auch berechnet werden, indem die Geschwindigkeit der ausgeübten Kraft durch die Geschwindigkeit geteilt wird, mit der sich die Last bewegt. Ebenso entspricht dieser Ausdruck der Verschiebung des Punktes der ausgeübten Kraft dividiert durch die Verschiebung der Last:
Aus der Formel für den mechanischen Vorteil können dann die folgenden Beziehungen abgeleitet werden:
- VM>1 : Die resultierende Kraft ist größer als die ausgeübte Kraft, daher erhöht die einfache Maschine die Größe der Kraft. Andererseits ist der von der Last zurückgelegte Weg kleiner als der Weg, den der Kraftangriffspunkt zurücklegt.
- VM<1 : Die resultierende Kraft ist geringer als die ausgeübte Kraft, daher reduziert die einfache Maschine den Kraftwert. Wir erhalten jedoch eine Lastverschiebung, die größer ist als die Verschiebung, die am Kraftangriffspunkt erfolgt.
- VM=1 : Die resultierende Kraft der einfachen Maschine ist gleich der auf sie ausgeübten Kraft. Auch die Verschiebungen der Last und der Angriffspunkt der Kraft sind identisch. Obwohl diese Art einfacher Maschinen keinen mechanischen Vorteil bieten, werden sie im Allgemeinen verwendet, um die Muskelstärkung auf komfortablere Weise durchzuführen. Beispielsweise ermöglicht eine einfache Riemenscheibe die Abwärtskraft, um ein Gewicht anzuheben, wodurch das Heben der Last erleichtert wird.
Einfache Maschine und Verbundmaschine
Abschließend werden wir sehen, was der Unterschied zwischen einer einfachen Maschine und einer Verbundmaschine ist, da es sich um zwei Arten von Maschinen mit vielen Einsatzmöglichkeiten handelt.
Verbundmaschinen sind Maschinen, die aus mehreren einfachen Maschinen bestehen. Daher werden mehrere einfache Maschinen in Reihe geschaltet, um einen größeren mechanischen Vorteil zu erzielen.
Daher besteht der Unterschied zwischen einer einfachen Maschine und einer Verbundmaschine darin, dass eine einfache Maschine ein einzelnes mechanisches Element ist, während die Verbundmaschine eine Kombination mehrerer einfacher Maschinen ist.