이 기사에서는 심플머신이 무엇인지, 그리고 어떤 용도로 사용되는지 설명합니다. 심플머신의 의미, 다양한 유형의 심플머신, 심플머신의 기계적 장점이 어떻게 계산되는지 알아보세요.
심플머신이란 무엇인가?
단순기계는 힘의 크기나 방향을 바꿀 수 있는 기계이다. 간단히 말해서, 단순 기계는 더 적은 노력으로 더 편안하게 힘을 발휘하는 데 사용되는 기계 장치입니다.
예를 들어 레버는 간단한 기계입니다. 지렛대는 지렛대 없이 들어올릴 때보다 훨씬 적은 힘으로 무거운 물건을 들어올릴 수 있기 때문에 단순한 기계입니다.
간단히 말해서, 단순 기계는 기계적 이점을 제공하는 가장 단순한 메커니즘으로 정의할 수 있습니다.
단순 기계의 종류
심플머신의 정의를 살펴본 후, 심플머신의 다양한 요령과 특징을 설명합니다.
승강기
레버 는 힘과 움직임을 전달하는 일종의 간단한 기계입니다. 따라서 레버는 물체에 가해지는 힘, 속도 또는 이동 거리를 증가시키는 역할을 하는 기계 장치입니다.
일반적으로 지레는 받침점(받침점)이라고 불리는 받침점 주위를 회전할 수 있는 단단한 막대로 구성됩니다.
지레는 아주 오래된 단순 기계로, 사실 선사 시대에 발명된 것으로 생각됩니다. 실제로 레버 메커니즘은 구현이 매우 간단할 뿐만 아니라 물체에 가해지는 힘을 크게 증가시킬 수 있기 때문에 매우 유용합니다.
고패
도르래 는 힘을 전달하는 데 사용되는 간단한 기계입니다. 도르래는 무게를 편안하게 들어 올리는 데 사용되는 견인 장치입니다.
이러한 유형의 심플머신의 주요 특징은 여러 개의 도르래를 결합하여 무거운 물체를 들어 올리는 데 필요한 노력을 줄일 수 있다는 것입니다. 즉, 도르래는 무게보다 훨씬 낮은 힘을 가하여 하중을 움직일 수 있게 해줍니다. 이런 식으로 무거운 물체를 어려움 없이 다룰 수 있습니다.
도르래 기어는 로프, 케이블 또는 체인이 배치되는 작은 홈이 있는 바퀴로 구성됩니다. 따라서 이러한 유형의 단순 기계의 작동은 로프의 한쪽 끝에 하중을 걸고 로프의 다른 쪽 끝을 당기는 것입니다. 이러한 방식으로 도르래 메커니즘 덕분에 물체가 들어 올려집니다.
물리학에서 이러한 유형의 단순 기계는 힘 문제를 제기하는 데 사용됩니다. 이러한 유형의 문제를 해결하면 힘의 개념을 이해하고 힘의 값을 계산하는 방법을 배우는 데 도움이 되기 때문입니다.
요람
쐐기는 일반적으로 나무나 금속으로 만들어지고 매우 예각으로 끝나는 삼각형 모양의 조각입니다.
단순 기계로서 쐐기의 모양은 가해지는 힘의 방향을 변경하는 데 사용됩니다. 따라서 쐐기는 물체를 둘로 분리하거나 물체를 들어 올리거나 고정된 물체를 제자리에 고정하는 데 사용됩니다.
쐐기의 작동은 쐐기 끝에 가해지는 힘을 경사면에 수직인 두 힘으로 변환하는 것으로 구성됩니다. 그러므로 쐐기는 힘의 방향을 바꿀 수 있는 단순한 기계이다.
처음에는 쐐기의 평평한 표면에 가해진 힘이 쐐기의 뾰족한 끝으로 전달되어 물체를 관통할 수 있습니다. 그런 다음 생성된 구멍에 쐐기를 삽입하면 평평한 표면에 가해지는 힘이 쐐기의 경사면에 수직인 두 개의 힘으로 변환되어 물체가 두 부분으로 분리됩니다.
경사면
경사면은 특정 각도만큼 기울어진 표면입니다. 물리학에서는 이러한 유형의 단순 기계가 근력 문제를 훈련하는 데 사용됩니다.
예를 들어 경사로나 경사로는 경사면입니다.
경사면을 사용하면 더 적은 힘을 사용하여 물체를 운반할 수 있습니다. 경사면에서 물체를 미는 것은 수직으로 들어올리는 것보다 힘이 덜 필요하기 때문입니다.
개찰구
선반은 본질적으로 케이블이 감겨 있는 실린더에 부착된 크랭크로 구성된 도구입니다.
따라서 이러한 유형의 단순 기계의 작동은 크랭크를 사용하여 케이블을 회전하거나 푸는 실린더로 구성됩니다. 이런 방식으로 케이블에 매달린 물체를 올리거나 내릴 수 있습니다.
이러한 유형의 단순 기계의 장점은 적은 힘으로 하중을 들어 올릴 수 있다는 것입니다. 반면, 크랭크의 움직임은 부하가 이동한 거리보다 커야 하므로 부하가 크랭크보다 느리게 움직입니다.
나사
나사는 일반적으로 원통형 모양을 갖고 표면이 나선형 프로파일을 갖는 금속 물체입니다.
이러한 유형의 단순 기계의 작동은 헤드나 크랭크를 사용하여 회전시키는 것으로 구성되어 나선형 프로파일 덕분에 나사가 축 방향으로 전진하거나 후퇴합니다.
따라서 스크류는 회전 운동을 선형 운동으로 변환할 수 있는 간단한 기계입니다. 회전 방향에 따라 나사가 앞으로 또는 뒤로 이동한다는 점에 유의하세요.
잭이나 코르크 따개와 같은 다른 도구는 이러한 유형의 단순 기계의 작동에서 파생됩니다.
바퀴
바퀴는 축을 중심으로 회전하는 둥근 몸체로 구성됩니다. 이러한 유형의 단순 기계를 사용하면 바퀴 축이 물체에 부착되어 있으면 바퀴가 굴러가면서 앞으로 움직이기 때문에 원형 운동을 주행 운동으로 변환할 수 있습니다.
바퀴는 가장 오래된 단순기계이며 모든 유형의 단순기계 중에서 가장 널리 사용됩니다. 예를 들어, 이러한 유형의 단순 기계는 여러 바퀴의 작동으로 이동하는 육상 운송에 적용됩니다.
단순 기계의 기계적 장점
심플머신의 기계적 장점은 심플머신에 가해지는 힘이 얼마나 증폭되는지를 보여주는 매개변수이다. 따라서 기계적 이점은 입력 힘과 출력 힘 사이의 관계를 나타냅니다.
수학적으로 단순 기계의 기계적 이점은 적용된 힘에 대한 결과적인 힘의 비율로 정의됩니다.
단순 기계의 기계적 이점은 가해지는 힘의 속도를 하중이 이동하는 속도로 나누어 계산할 수도 있습니다. 마찬가지로, 이 표현식은 적용된 힘의 지점 변위를 하중 변위로 나눈 것과 동일합니다.
그런 다음 기계적 이점 공식에서 다음 관계를 추론할 수 있습니다.
- VM>1 : 작용하는 힘보다 결과적인 힘이 크기 때문에 심플머신에서는 힘의 크기가 커집니다. 반면, 하중이 이동한 거리는 힘이 가해지는 지점이 이동한 거리보다 작습니다.
- VM<1 : 결과적인 힘은 적용된 힘보다 작으므로 심플머신은 힘 값을 줄입니다. 그러나 우리는 힘이 가해진 지점에서 발생한 변위보다 더 큰 하중 변위를 얻습니다.
- VM=1 : 심플머신의 결과 힘은 가해진 힘과 같습니다. 하중의 변위와 힘이 가해지는 지점도 동일합니다. 이러한 종류의 심플머신은 기계적 이점을 제공하지는 않지만 일반적으로 보다 편안한 방법으로 근육 강화를 수행하는 데 사용됩니다. 예를 들어, 간단한 도르래를 사용하면 아래쪽 힘으로 무게를 들어 올릴 수 있어 짐을 더 쉽게 들어올릴 수 있습니다.
단순기계 및 복합기계
마지막으로 단순 기계와 복합 기계는 다양한 용도로 사용되는 두 가지 유형의 기계이기 때문에 차이점이 무엇인지 살펴보겠습니다.
복합 기계는 여러 개의 단순 기계로 구성된 기계입니다. 따라서 여러 개의 단순 기계가 직렬로 결합되어 더 큰 기계적 이점을 얻습니다.
따라서 단순기계와 복합기계의 차이점은 단순기계는 하나의 기계요소인 반면, 복합기계는 여러 개의 단순기계를 조합한 것이라는 점이다.