ЈЕДНОСТАВНЕ МАШИНЕ: ИСТОРИЈА, КАРАКТЕРИСТИКЕ, ВРСТЕ, ПРИМЕРИ - ТЕХНОЛОГИЈА - 2025

У једноставне машине су механички уређаји који мењају величину и правац силе. Они се генерално могу дефинисати као уређај са голим костима који користи механичку предност, која се такође назива полуга, како би повећали силу.

Кроз историју, људи су развијали разне уређаје који су олакшали рад. Најважније су познате као шест типова једноставних машина: полуга, точак и осовина, ременица, нагнута равнина, клин и вијак.

Извор: Јохн Миллс

Када чујете реч машина, помислите на нешто попут багера или парног строја. Међутим, у науци је машина све што чини силу већом.

Машина може повећати количину произведене силе, по цени пропорционалног смањења удаљености коју прође оптерећење. Механичка предност назива се однос произведене силе и примењене силе.

Једноставна машина користи једну примијењену силу која дјелује против једне силе оптерећења. Занемарујући губитке због трења, рад који се врши на оптерећењу једнак је раду који се изврши примењеном силом.

Елементарни блокови

Једноставне машине су свуда и користе се свакодневно за обављање једноставних задатака. Они су такође коришћени од најранијих дана људског постојања.

Једноставне машине се могу сматрати основним блоковима од којих су сачињене све сложеније машине, које се називају сложеним машинама.

На пример, у механизму бицикла користе се ременице, полуге и точкови. Механичка предност комбиноване машине није ништа друго до резултат механичких предности једноставних машина које је чине.

Међутим, иако се и даље сматрају веома важним у механици и примењеној науци, савремена механика превазишла је ту визију једноставних машина као основних блокова од којих су све машине састављене.

Историја

Иницијалне идеје

Око 3. века пре нове ере. Ц. је настала идеја о једноставној машини, са грчким филозофом Архимедом, који је проучавао следеће једноставне машине: полуга, ременица и вијак.

Открио је у полузи принцип механичке предности. Његов познати коментар у вези с полугом: „Дајте ми место да се нагнем и ја ћу померити Земљу“ изражава своје разумевање да нема ограничења повећања силе која се може постићи коришћењем механичких предности.

Каснији грчки филозофи дефинисали су пет класичних једноставних машина и могли су да израчунају механичку предност коју су имали.

На пример, у свом раду Механика, херон из Александрије (10-75. АД) наводи пет уређаја који могу да покрећу оптерећење: ременица, точак и осовина, полуга, вијак и клин, детаљно наводећи њихову производњу и употребу.

Међутим, знање Грка било је ограничено на статику једноставних машина (равнотежа снага), не укључујући динамику, концепт рада или замене између силе и удаљености.

Период ренесансе

Динамика механичких сила, како су се називале једноставне машине, почела је да се проучава током ренесансе, из перспективе колико се оптерећење може подићи, поред силе која се може применити, што је на крају довело до новог концепта механички рад.

Механичку предност нагнутог авиона закључио је фламански инжењер Симон Стевин 1586. године. Укључен је заједно са осталим једноставним машинама.

Италијански научник Галилео Галилеи разрадио је 1600. године комплетну динамичку теорију једноставних машина у свом раду Ле Меццаницхе, где је открио основну математичку сличност као појачивачи силе ових машина. Био је први који је објаснио да једноставне машине не стварају енергију, већ је само трансформишу.

Леонардо да Винци открио је класична правила трења клизања у машинама, али она нису објављена или документована у његовом примеру. 1699. Гуиллауме Амонтонс је поново открио ова правила, а 1785. их је развио Цхарлес-Аугустин де Цоуломб.

карактеристике

Једноставне машине су уређаји без или мало покретних делова, који олакшавају рад. Главна функција једноставне машине је појачавање силе или модификација покрета.

Кретање и сила

Кретање и сила у једноставној машини су нераздвојни. Увек су у обрнутој вези.

Сила произведена помоћу полуге већа је од силе која је на њу примењена, али произведени покрет је мањи од примењеног покрета. Односно, добитак снаге прати губитак у кретању.

Посао

У механици, рад је нешто што силе раде када се крећу у смеру у којем делују. То јест, када се примењује сила да се пређе раздаљина, настаје рад. То се математички изражава као: рад = сила × удаљеност.

На пример, да бисте подигли предмет, мора се извршити посао који превазилази силу гравитације и на тај начин бити у могућности да се предмет помера према горе.

Да бисте објекат подигли двоструко теже, потребно је двоструко више рада да га подигнете на исту удаљеност. Такође би било потребно дупло више рада да се исти предмет подигне двоструко више.

Овај концепт рада је од суштинске важности за дефинисање механичке функције у једноставним машинама у смислу силе и покрета, истичући нераздвојност силе и покрета.

Механичка предност

То је однос између силе која врши рад у односу на примењену силу. Дакле, то је ефикасност појачања силе једноставне машине.

Механичка предност једноставних машина значи да се за помицање предмета може користити мање силе, али то мора бити премјештено на веће удаљености.

Често се сматра да је задатак тежак, јер захтева много силе. Коришћење компромиса између удаљености и силе може знатно олакшати задатак.

Пример је гурање тешког предмета низ рампу. Лакше је гурнути предмет низ рампу него подићи га на одговарајућу висину, али мора се превозити на већој удаљености.

За шта су једноставне машине?

Једноставне машине олакшавају рад вршећи једну или више следећих функција:

- Пребаците силу са једног места на друго.

- Промените смер силе.

- Повећајте јачину силе.

- Повећајте удаљеност силе.

Иако једноставне машине имају много различитих облика, долазе у шест основних типова:

- Клин: уређај за одвајање ствари.

- Точак и осовина: користе се за смањење трења и као мултипликатор силе.

- Ручица: креће се око тела да би се повећала или смањила механичка предност.

- Нагнута равнина: подићи предмете када се пењете по падини.

- Вијак: уређај који може да подигне или држи предмете заједно.

- ременица: мења смер правца.

Повећајте примењену силу

Једноставне машине помажу људима да повећају силу која се примењује на предмет. Они пружају механичку предност за помоћ при померању објеката.

Као што формула рада каже, главна предност једноставних машина је омогућавање обављања исте количине рада применом мање количине силе на већој удаљености.

На примјер, желите да подигнете предмет тежак 10 килограма 2 метра од земље. 10 кг силе може се извести на предмет у смеру према горе, у размаку од 2 метра, чинећи на тај начин 20 Невтонова посла.

Ако бисте користили ручицу од 3 метра, ставите предмет на један крај и поставили 10 цм тежиште испод шипке на удаљености од 1 метра од предмета, да бисте подигли предмет, морали бисте да гурнете доле са другог краја снаге од само 5 килограма.

Међутим, крај полуге би морао да се гурне доле 4 метра да би се објект подигао само 2 метра.

Постоји компромис. Спуштање ручице удвостручује претходну удаљеност, али смањује силу потребну за половину, радећи исту количину посла.

Врсте

Полуга

То је врста круте шипке која има фиксни основ као тачку ослонца. Састоји се од терета, који је предмет који се помера или подиже, терет који је окрет, и напор, који је сила потребна за померање или подизање терета.

Примјена силе на један крај полуге ствара већу снагу на другом крају. Примењена сила ће се повећавати или смањивати у зависности од удаљености од ослонца до оптерећења и напрезања.

Точак и осовина

Састоји се од котача причвршћеног на мању осовину, тако да се та два дела ротирају заједно, при чему се сила преноси с једне на другу. Шарка подржава осовину, омогућава ротацију.

Олакшава рад покретних предмета на даљину. Точак, који је округлог краја, ротира се цилиндричном осовином, изазивајући кретање.

Такође може појачати силу. Мала сила примењена на обиму великог точкића може померати веће оптерећење причвршћено на осовину.

Пули

Дизајниран је да подржи кретање и промену смера напетог конопа. Коноп се омота око волана. Како се точак окреће, конопац се креће у било ком правцу.

Ако је удица повезана са конопцем, ротација точка се може користити за подизање и спуштање предмета, што олакшава рад.

Коса раван

То је равна површина, с једним крајем вишим од другог, која се користи као ослонац за подизање или спуштање терета. Они се широко користе за померање тешких терета преко вертикалних препрека.

За померање предмета нагнутом равнином потребна је мања сила него да се директно подигнете, по цени повећаног пређеног пута.

Механичка предност нагнуте равнине једнака је односу дужине нагнуте површине према висини коју покрива.

Колевка

То је алат трокутастог облика. Може се користити за одвајање два објекта, уклањање делова предмета, подизање или држање предмета на месту.

Дјелује претварањем силе која се примјењује на њен тупи крај у силе окомите на нагнуту површину.

Механичка предност даје однос између дужине нагиба и ширине.

Вијак

То је механизам који претвара ротационо кретање у линеарно кретање, а ротациона сила (обртни момент) у линеарну силу. Шраф је заиста друга врста нагнуте равни.

Његов најчешћи облик састоји се од цилиндричне осовине са спиралним жлебовима који се називају навојима.

Вијак пролази кроз рупу у другом предмету или медијуму са унутрашњим навојима који се мешају са навојима.

Примери

Ручице

Неки примери полуга су ручке на вратима, канџе на чекићу за уклањање ноктију, гвоздене полуге, прекидачи за светло, отвори за боце и шарке.

Извор: пикабаи.цом

Точкови и осовине

Налазе се тамо где ствари круже у кругу, попут електричног вентилатора, мотора, окретних врата, котача и било котача, било у аутомобилу, скејтборду или бициклу.

Извор: пикабаи.цом

Колотурице

Користе се за завесе и ролетне да би их померали горе-доле или напред-назад.

Они могу донети нешто са земље, попут заставе на мотку. Коноп се повлачи, али застава се диже.

Такође се користе у индустрији за подизање и спуштање тешких терета, на бродовима за подизање и спуштање једра или у дизалицама које ће се користити за покретну грађевинску опрему.

Лифтови такође користе ременице за кретање аутомобила доле и горе од пода до пода.

Извор: пикабаи.цом

Нагњени авиони

Користе се у парковима скутера, рампи за инвалидска колица и за премештање тешке опреме унутар и изван камиона.

Измењене верзије рампе налазе се на степеницама, покретним степеницама, пешачким стазама, па чак и на тобоганима који се користе за одбацивање поште у поштанско сандуче, све до воза који се креће низ падину.

Извор: пекелс.цом

Колевка

Неки примери клинова који се користе за одвајање могу бити лопата, нож, секира, пикап, тестера, пар маказа или клип за лед.

Клинови такође могу држати ствари заједно, као што је то случај са спајалицом, прибадачама, шипкама, чавлима или вратима.

Извор: пикабаи.цом

Вијак

Неки примери су на бушилици, поклопцу стакленке, сијалишту, вијаку, капицама за флаше, славинама и оловкама.

Друга употреба вијка је у уређају који се назива вијчана пумпа. То је огромна хидрауличка машина у облику вијка која иде у воду. Приликом окретања, захваљујући свом вијчаном облику, вода се успиње закривљеном осовином, дижући се тамо где је потребно. Вијчане пумпе се често користе за наводњавање и у пољопривредним окружењима као што су фарме.

Извор: пикабаи.цом

Референце

1. Википедија, бесплатна енциклопедија (2019). Једноставна машина. Преузето са: ен.википедиа.орг.
2. Јавна телевизија Идахо (2019). Једноставне машине: чињенице. Преузето са: идахоптв.орг.
3. Јим Луцас (2018). 6 једноставних машина: лакши рад. Ливе Сциенце. Преузето са: лифециенце.цом.
4. Теацх Енгинееринг (2019). Инжењеринг: Једноставне машине. Преузето са: теацхенгинееринг.орг.
5. За наставнике за студенте (2019). Шта су једноставне машине? Преузето са: фортеацхерсфорстудентс.цом.ау.
6. Влада државе Вицториа (2019). Једноставне машине. Преузето из: едуцатион.виц.гов.ау.
7. Век ИК (2019). Шест врста једноставних машина. Преузето са: векроботицс.цом.