この記事では、簡易マシンとは何か、またその用途について説明します。単純な機械の意味、さまざまな種類の単純な機械、および単純な機械の機械的利点がどのように計算されるかを発見します。
単純な機械とは何ですか？
単純な機械は、力の大きさや方向を変えることができる機構です。簡単に言えば、単純な機械は、より少ない労力で、またはより快適に力を発揮するために使用される機械装置です。
たとえば、レバーは単純な機械です。レバーを使用すると、レバーを使用しない場合よりもはるかに少ない力で重い物体を持ち上げることができるため、単純な機械です。
つまり、単純な機械は、機械的な利点を提供する最も単純な機構として定義できます。
簡易機械の種類
シンプルなマシンの定義を理解したら、シンプルなマシンのさまざまなトリックとその特徴について説明します。
リフト
レバーは、力と動きを伝達する単純な機械の一種です。したがって、レバーは、物体に加えられる力、その速度、または移動距離を増加させるために機能する機械装置です。
一般に、レバーは支点と呼ばれる支点の周りを回転できる硬い棒で構成されています。
レバーは非常に古い単純な機械で、実際には先史時代に発明されたと考えられています。実際、レバー機構は実装が非常に簡単で、さらに、物体にかかる力を大幅に増大させることができるため、非常に便利です。
プーリー
滑車は力を伝達するために使用される単純な機械です。滑車は、体重を快適に持ち上げるために使用される牽引装置です。
このタイプの単純な機械の主な特徴は、いくつかの滑車を組み合わせて、重量物を持ち上げるのに必要な力を軽減できることです。言い換えれば、滑車を使用すると、その重量よりもはるかに小さな力を加えて荷物を動かすことができます。このようにして、重い物体を問題なく取り扱うことができる。
プーリーギアは、ロープ、ケーブル、またはチェーンが配置される小さな溝のあるホイールで構成されています。したがって、このタイプの単純な機械の動作は、ロープの一端に荷物を吊り下げ、ロープのもう一方の端を引っ張ることです。このようにして、物体は滑車機構のおかげで持ち上げられます。
物理学では、この種の単純な機械は力の問題を提起するために使用されます。これは、この種の問題を解決することで、力の概念を理解し、力の値の計算方法を学ぶのに役立つからです。
ゆりかご
ウェッジは、通常木または金属で作られ、非常に鋭角で終わっている三角形の部品です。
単純な機械として、くさびの形状を利用して、それに加えられる力の方向を変更します。したがって、ウェッジは物体を 2 つに分離したり、物体を持ち上げたり、静止した物体を所定の位置に保持したりするために使用されます。
ウェッジの動作は、その端に加えられた力を、その傾斜面に垂直な 2 つの力に変換することで構成されます。したがって、くさびは力の方向を変えることができる単純な機械です。
最初に、くさびの平らな面にかかる力がその尖った端に伝わり、物体を貫通できるようになります。次に、開いた穴にくさびを挿入すると、その平面にかかる力がくさびの傾斜面に垂直な方向の 2 つの力に変換され、物体が 2 つの部分に分離されます。
傾斜面
傾斜面とは、ある角度だけ傾いた面のことです。物理学では、このタイプの単純なマシンは強度の問題をトレーニングするために使用されます。
たとえば、スロープや坂道は傾斜面です。
傾斜面により、より少ない力で物体を搬送できます。傾斜面上で物体を押すことは、物体を垂直に持ち上げるよりも少ない力で済むためです。
改札口
旋盤は本質的に、ケーブルが巻かれるシリンダーに取り付けられたクランクで構成される機械です。
したがって、このタイプの単純な機械の動作は、クランクを使用してシリンダーを回転させたり、ケーブルを巻き戻したりすることで構成されます。このようにして、ケーブルに吊り下げられた物体を上げたり下げたりすることができます。
このタイプの単純な機械の利点は、より少ない力で荷物を持ち上げることができることです。一方、クランクによる移動は負荷の移動距離より大きくなければならないため、負荷の移動はクランクよりも遅くなります。
スクリュー
ネジは、一般に円筒形の金属製の物体であり、その表面は螺旋状の輪郭を有する。
このタイプの単純な機械の操作は、ヘッドまたはクランクによって回転させることで構成され、その螺旋形状のおかげで、スクリューがその軸方向に前進または後退します。
したがって、ネジは回転運動を直線運動に変換することを可能にする単純な機械です。回転方向に応じて、ネジは前方または後方に移動することに注意してください。
ジャッキやコークスクリューなどの他のツールは、このタイプの単純な機械の操作から派生します。
車輪
ホイールは軸を中心に回転する丸い本体で構成されています。このタイプの単純な機械では、車輪の軸が物体に取り付けられている場合、車輪の回転に伴って前に進むため、円運動を移動運動に変換できます。
ホイールは最も古い単純な機械であり、その使用はあらゆるタイプの単純な機械の中で最も広く使用されています。たとえば、このタイプの単純な機械の用途は陸上輸送であり、複数の車輪の動作によって移動します。
シンプルな機械の機械的利点
単純な機械の機械的利点は、単純な機械に加えられる力がどの程度増幅されるかを示すパラメータです。したがって、機械的利点は、入力力と出力力の関係を示します。
数学的には、単純な機械の機械的利点は、加えられた力に対する合力の比率として定義されます。
単純な機械の機械的利点は、加えられる力の速度を負荷の移動速度で割ることによって計算することもできます。同様に、この式は、加えられた力の点の変位を荷重の変位で割ったものと等価です。
次に、メカニカル アドバンテージの式から、次の関係が導き出されます。
- VM>1 : 結果として生じる力は加えられた力よりも大きいため、単純な機械は力の大きさを増加させます。一方、荷重が移動する距離は、力が加えられた点が移動する距離よりも短くなります。
- VM<1 : 結果として生じる力は加えられた力よりも小さいため、単純なマシンは力の値を減少させます。ただし、力の作用点で生じる変位よりも大きな荷重変位が得られます。
- VM=1 : 単純な機械の結果として生じる力は、単純な機械に加えられる力に等しい。荷重の変位と力の作用点も同じです。この種の単純なマシンには機械的な利点はありませんが、一般に、より快適な方法で筋肉強化を行うために使用されます。たとえば、単純な滑車を使用すると、下向きの力でおもりを持ち上げることができるため、荷物を持ち上げやすくなります。
簡易機と複合機
最後に、単純なマシンと複合マシンの違いについて説明します。これらは多くのアプリケーションを備えた 2 種類のマシンです。
複合マシンは、いくつかの単純なマシンで構成されるマシンです。したがって、いくつかの単純な機械を直列に組み合わせることで、より大きな機械的利点が得られます。
したがって、単純なマシンと複合マシンの違いは、単純なマシンが単一の機械要素であるのに対し、複合マシンは複数の単純なマシンの組み合わせであるということです。