В этой статье объясняется, что такое простые машины и для чего они используются. Вы узнаете значение слова «простая машина», различные типы простых машин и то, как рассчитывается механическое преимущество простой машины.
Что такое простая машина?
Простая машина – это механизм, позволяющий изменять величину или направление силы. Проще говоря, простая машина — это механическое устройство, используемое для приложения силы с меньшими усилиями и с большей комфортностью.
Например, рычаг представляет собой простую машину. Рычаг — это простая машина, поскольку он позволяет поднимать тяжелый предмет, прилагая гораздо меньше усилий, чем если бы вы поднимали его без рычага.
Короче говоря, простые машины можно определить как простейшие механизмы, обеспечивающие механическое преимущество.
Виды простых машин.
Увидев определение простой машины, мы объясним различные приемы простых машин, а также их характеристики.
Поднимать
Рычаг — это тип простой машины, передающей силу и движение. Таким образом, рычаг — это механическое устройство, служащее для увеличения силы, приложенной к объекту, его скорости или пройденного расстояния.
Как правило, рычаги состоят из жесткого стержня, который может вращаться вокруг точки опоры, называемой точкой опоры.
Рычаг — это очень старая простая машина, которая, как полагают, была изобретена в доисторические времена. Действительно, рычажный механизм очень прост в реализации и, более того, он очень полезен, поскольку позволяет значительно увеличить силу, действующую на объект.
Шкив
Шкив — это простая машина, используемая для передачи силы. Шкив — это тяговое устройство, используемое для комфортного поднятия тяжестей.
Основная особенность этой простой машины заключается в том, что несколько шкивов можно объединить, чтобы уменьшить усилие, необходимое для подъема тяжелого предмета. Другими словами, шкивы позволяют перемещать груз, прилагая силу, намного меньшую, чем его вес. Таким образом, можно без труда перемещать тяжелые предметы.
Шкив-редуктор представляет собой колесо с небольшой канавкой, в которую помещается веревка, трос или цепь. Таким образом, работа этой простой машины заключается в том, чтобы повесить груз на один конец веревки и потянуть за другой конец веревки, таким образом объект поднимается благодаря шкивному механизму.
В физике эти типы простых машин используются для постановки задач о силе, поскольку решение этих типов задач помогает понять концепцию силы и научиться рассчитывать ее значение.
Колыбель
Клин — это деталь треугольной формы, обычно сделанная из дерева или металла и заканчивающаяся под очень острым углом.
В простой машине форма клина используется для изменения направления приложенной к нему силы. Таким образом, клин используется для разделения объекта на две части, для поднятия объекта или для удержания статического объекта на месте.
Работа клина заключается в преобразовании силы, приложенной на его конце, в две силы, перпендикулярные его наклонным поверхностям. Следовательно, клин — это простая машина, способная изменять направление силы.
Первоначально сила, действующая на плоскую поверхность клина, передается на его заостренный конец, позволяя ему проникнуть в объект. Затем при вставке клина в созданное отверстие сила, приложенная к его плоской поверхности, преобразуется в две силы, направленные перпендикулярно наклонным граням клина, разделяя таким образом объект на две части.
Наклонная плоскость
Наклонная плоскость – это поверхность, наклоненная на определенный угол. В физике этот тип простых тренажеров используется для тренировок с проблемами силы.
Например, пандус или наклонная дорога представляют собой наклонные плоскости.
Наклонная плоскость позволяет транспортировать предмет с меньшими усилиями. Так как для толкания предмета по наклонной плоскости требуется меньшая сила, чем для поднятия его вертикально.
Турникет
Токарный станок представляет собой инструмент, по существу состоящий из кривошипа, прикрепленного к цилиндру, в который намотан трос.
Таким образом, работа простой машины этого типа заключается в том, что цилиндр с помощью кривошипа вращает или разматывает трос. Таким образом, объект, подвешенный на тросе, можно поднять или опустить.
Преимущество простой машины этого типа в том, что она позволяет поднимать груз с меньшим усилием. С другой стороны, движение рукоятки должно быть больше, чем расстояние, пройденное грузом, поэтому груз движется медленнее, чем рукоятка.
Винт
Винт представляет собой обычно металлический предмет цилиндрической формы, а его поверхность имеет спиральный профиль.
Работа простой машины этого типа заключается во вращении ее головкой или с помощью кривошипа так, что благодаря винтовому профилю винт выдвигается или отступает в направлении своей оси.
Таким образом, винт представляет собой простую машину, позволяющую преобразовывать вращательное движение в линейное. Имейте в виду, что в зависимости от направления вращения винт будет двигаться вперед или назад.
Другие инструменты, такие как домкрат или штопор, основаны на работе этого типа простой машины.
Колесо
Колесо состоит из круглого тела, вращающегося вокруг оси. Этот тип простой машины позволяет преобразовывать круговое движение в движущееся, поскольку, если ось колеса прикреплена к объекту, оно будет двигаться вперед по мере вращения колеса.
Колесо — древнейшая простая машина, и его применение наиболее распространено среди всех типов простых машин. Например, применение такой простой машины есть в наземном транспорте, который передвигается благодаря работе нескольких колес.
Механическое преимущество простой машины
Механическое преимущество простой машины — это параметр, который показывает, насколько усиливается сила, приложенная к простой машине. Таким образом, механическое преимущество указывает на взаимосвязь между входной силой и выходной силой.
Математически механическое преимущество простой машины определяется как отношение результирующей силы к приложенной силе.
Механическое преимущество простой машины также можно рассчитать, разделив скорость приложенной силы на скорость движения груза. Аналогично, это выражение также эквивалентно смещению точки приложенной силы, деленному на перемещение груза:
Тогда из формулы механического преимущества можно вывести следующие соотношения:
- VM>1 : результирующая сила больше приложенной силы, поэтому простая машина увеличивает величину силы. С другой стороны, расстояние, пройденное грузом, меньше расстояния, пройденного точкой приложения силы.
- VM<1 : результирующая сила меньше приложенной силы, поэтому простая машина уменьшает значение силы. Однако мы получим смещение нагрузки, большее, чем смещение, произведенное в точке приложения силы.
- VM=1 : результирующая сила простой машины равна силе, действующей на нее. Перемещения груза и точки приложения силы также идентичны. Хотя эти типы простых тренажеров не дают механического преимущества, они обычно используются для более комфортного укрепления мышц. Например, простой блок позволяет поднимать вес с помощью направленной вниз силы, что облегчает подъем груза.
Простая машина и сложная машина.
Наконец, мы увидим, в чем разница между простой машиной и сложной машиной, поскольку это два типа машин со многими приложениями.
Составные машины – это машины, состоящие из нескольких простых машин. Таким образом, несколько простых машин объединяются последовательно для получения большего механического преимущества.
Следовательно, разница между простой машиной и сложной машиной состоит в том, что простая машина представляет собой один механический элемент, а сложная машина представляет собой комбинацию нескольких простых машин.