PREPROSTI STROJI: ZGODOVINA, ZNAČILNOSTI, VRSTE, PRIMERI - TEHNOLOGIJA - 2026

V preprosti stroji so mehanske naprave, ki spreminjajo velikost ali smer sile. Na splošno jih je mogoče opredeliti kot najbolj gole kosti, ki za povečanje sile uporabljajo mehansko prednost, imenovano tudi vzvod.

Skozi zgodovino so ljudje razvili različne naprave za lažje delo. Najpomembnejši so znani kot šest vrst preprostih strojev: ročica, kolo in gred, škripec, nagnjena ravnina, klin in vijak.

Vir: John Mills

Ko slišite besedo stroj, pomislite na nekaj kot bager ali parni stroj. Vendar je v znanosti znanost stroj vse, kar naredi silo večjo.

Stroj lahko poveča količino proizvedene sile s ceno sorazmernega zmanjšanja razdalje, ki jo prevozi tovor. Mehanska prednost se imenuje razmerje med proizvedeno silo in uporabljeno silo.

Preprost stroj uporablja eno uporabljeno silo, ki deluje proti eni sami sili obremenitve. Če zanemarimo izgube zaradi trenja, je delo, opravljeno na obremenitvi, enako delu, ki ga opravi uporabljena sila.

Elementarni bloki

Enostavni stroji so povsod in jih vsak dan uporabljamo za izvajanje preprostih nalog. Uporabljajo se tudi že od najzgodnejših dni človekovega obstoja.

Preprosti stroji se lahko štejejo za elementarne bloke, iz katerih so sestavljeni vsi bolj zapleteni stroji, imenovani sestavljeni stroji.

Na primer, v mehanizmu kolesa se uporabljajo jermenice, ročice in kolesa. Mehanska prednost sestavljenega stroja ni nič drugega kot rezultat mehanskih prednosti preprostih strojev, ki jih sestavljajo.

Kljub temu, da še vedno veljajo za zelo pomembne v mehaniki in uporabni znanosti, je sodobna mehanika presegla to vizijo preprostih strojev, kot osnovnih elementov, iz katerih so sestavljeni vsi stroji.

Zgodovina

Začetne ideje

Okoli 3. stoletja pr. C. je nastala ideja o preprostem stroju z grškim filozofom Arhimedom, ki je preučeval naslednje preproste stroje: vzvod, škripec in vijak.

V vzvodu je odkril načelo mehanske prednosti. Njegov slavni komentar glede vzvoda: "Dajte mi mesto, da se naslonim in premaknil bom Zemljo", izraža svoje razumevanje, da ni bilo omejitve povečanja sile, ki bi ga bilo mogoče doseči z uporabo mehanskih prednosti.

Kasnejši grški filozofi so opredelili pet klasičnih preprostih strojev in znali izračunati mehansko prednost, ki so jo imeli.

V svojem delu Mehanika na primer Heron iz Aleksandrije (10–75 AD) našteje pet naprav, ki lahko sprožijo obremenitev: jermenico, kolo in gred, ročico, vijak in klin, s podrobno natančnostjo njihove izdelave in uporabe.

Vendar je bilo Grkovo znanje omejeno na statiko preprostih strojev (ravnotežje sil), brez dinamike, koncepta dela ali kompromisa med silo in razdaljo.

Obdobje renesanse

Dinamiko mehanskih sil, kot so jih imenovali preprosti stroji, so začeli proučevati v času renesanse z vidika, kako daleč se lahko dvigne tovor, poleg sile, ki jo je mogoče uporabiti, kar je sčasoma pripeljalo do novega koncepta mehansko delo.

Mehansko prednost nagnjene ravnine je leta 1586 ugotovil flamski inženir Simon Stevin. Vključen je bil skupaj z drugimi preprostimi stroji.

Italijanski znanstvenik Galileo Galilei je leta 1600 razvil popolno dinamično teorijo preprostih strojev v svojem delu Le Meccaniche, kjer je razkril osnovno matematično podobnost kot ojačevalniki sil teh strojev. Bil je prvi, ki je razložil, da preprosti stroji ne ustvarjajo energije, temveč jo samo transformirajo.

Leonardo da Vinci je odkril klasična pravila trenja drsenja v strojih, vendar niso bila objavljena ali dokumentirana v njegovem osnovnem premazu. Leta 1699 je Guillaume Amontons ponovno razkril ta pravila in leta 1785 jih je razvil Charles-Augustin de Coulomb.

značilnosti

Preprosti stroji so naprave brez ali zelo malo gibljivih delov, ki olajšajo delo. Glavna funkcija preprostega stroja je ojačanje sile ali spreminjanje gibanja.

Gibanje in sila

Gibanje in sila v preprostem stroju sta nerazdružljiva. Vedno so v obratnem odnosu.

Sila, ki jo povzroči vzvod, je večja od sile, ki se nanjo uporablja, vendar je proizvedeno gibanje manjše od uporabljenega gibanja. Se pravi, da dobiček moči spremlja izguba v gibanju.

Job

V mehaniki je delo nekaj, kar silijo, ko se premikajo v smeri, v kateri delujejo. Se pravi, ko se uporabi sila, da prevozi razdaljo, nastane delo. To je izraženo matematično kot: Delo = sila × razdalja.

Na primer, da dvignete predmet, je treba opraviti delo, ki presega silo gravitacije, in tako biti zmožen premikati predmet navzgor.

Če želite predmet dvigniti dvakrat težje, je potrebno dvakrat več dela, da ga dvignete na isto razdaljo. Za dvig istega predmeta bi bilo potrebno tudi dvakrat več.

Ta koncept dela je temeljnega pomena za opredelitev mehanske funkcije v preprostih strojih glede na silo in gibanje ter poudarja neločljivost sile in gibanja.

Mehanska prednost

To je razmerje med silo, ki opravlja delo glede na uporabljeno silo. Zato je učinkovitost enostavnega stroja ojačevalna sila.

Mehanska prednost preprostih strojev pomeni, da je za premikanje predmeta mogoče uporabiti manj sile, vendar ga je treba premakniti na večjo razdaljo.

Velikokrat se zdi, da je naloga težka, saj zahteva veliko sile. Uporaba kompromisov med razdaljo in silo lahko nalogo bistveno olajša.

Primer je potiskanje težkega predmeta navzdol po ploščadi. Predmet je lažje potisniti navzdol po rampi, kot ga dvigniti na pravilno višino, vendar ga je treba prevažati na daljšo razdaljo.

Za kaj so preprosti stroji?

Preprosti stroji olajšajo delo z izvajanjem ene ali več naslednjih funkcij:

- Prenesite silo z enega kraja na drugega.

- Spremenite smer sile.

- Povečajte jakost sile.

- Povečajte razdaljo sile.

Čeprav imajo preprosti stroji različne oblike, so v šestih osnovnih tipih:

- Klin: naprava za ločevanje stvari.

- Kolo in os: uporablja se za zmanjšanje trenja in kot množitelj sile.

- Ročica: se premika okoli vrvice, da poveča ali zmanjša mehanske prednosti.

- Nagnjena ravnina: pri plezanju po klancu dvignite predmete.

- Vijak: naprava, ki lahko dvigne ali drži elemente skupaj.

- Jermenica: spremeni smer sile.

Povečajte uporabljeno silo

Preprosti stroji pomagajo človeku povečati silo, ki se uporablja na predmet. Zagotavljajo mehansko prednost za pomoč pri premikanju predmetov.

Kot kaže delovna formula, je glavna prednost preprostih strojev omogočanje enake količine dela z uporabo manjše količine sile na večji razdalji.

Na primer, želite dvigniti predmet, težak 10 kilogramov 2 metra, od tal. 10 kg sile se lahko izvaja na predmetu v smeri navzgor, za razdaljo 2 metra, s čimer se opravi 20 Newtonov dela.

Če bi uporabili 3 metrsko ročico, če bi predmet postavili na en konec in postavili 10 cm vrvi pod drog na 1 metru oddaljenosti od predmeta, potem bi ga morali dvigniti na drugem koncu z sila le 5 kilogramov.

Vendar bi morali konec ročice potisniti 4 metre navzdol, da bi objekt dvignili le 2 metra.

Obstaja kompromis. Spuščanje ročice podvoji prejšnjo razdaljo, vendar zmanjša silo, potrebno za polovico, pri enaki količini dela.

Vrste

Ročica

Gre za nekakšno togo palico, ki ima fiksno podlago kot točko podpore. Sestavljen je iz bremena, ki je predmet, ki ga je treba premikati ali dvigniti, težišča, ki je vrtišče, in napora, ki je sila, potrebna za premikanje ali dvigovanje tovora.

Uporaba sile na enem koncu ročice ustvarja večjo silo na drugem koncu. Uporabljena sila se bo povečala ali zmanjšala, odvisno od razdalje od opornice do bremena in napetosti.

Kolo in os

Sestavljen je iz kolesa, pritrjenega na manjšo os, tako da se ta dva dela vrtita skupaj, pri čemer se sila prenaša z enega na drugega. Šarnir podpira osi, kar omogoča vrtenje.

Olajša delo premikajočih se predmetov na daljavo. Kolo, ki je okrogel konec, se vrti s cilindrično osjo, kar povzroča gibanje.

Lahko tudi ojača silo. Majhna sila, ki se uporablja na obodu velikega kolesa, lahko premika večji tovor, pritrjen na os.

Škripec

Zasnovan je tako, da podpira gibanje in spreminjanje smeri napete vrvi. Vrv se ovije okoli kolesa. Ko se kolo vrti, se vrv premika v katero koli smer.

Če je na vrv povezan kavelj, se lahko vrtenje kolesa dvigne in spušča predmete, kar olajša delo.

Nagnjena ravnina

Je ravna površina z enim koncem višja od drugega, ki se uporablja kot podpora za dvig ali spuščanje bremena. Široko se uporabljajo za premikanje težkih bremen preko navpičnih ovir.

Če se predmet premika po nagnjeni ravnini, je potrebno manj sile kot dvig neposredno, s povečanjem prevožene razdalje.

Mehanska prednost nagnjene ravnine je enaka razmerju dolžine nagnjene površine in višine, ki jo pokriva.

Zibelka

Je orodje trikotne oblike. Z njim lahko ločite dva predmeta, odstranite koščke predmeta, ga dvignete ali držite predmet na mestu.

Deluje tako, da silo, ki se uporablja na njen tupi konec, pretvori v sile, ki so pravokotne na njegovo nagnjeno površino.

Mehansko prednost daje razmerje med dolžino naklona in širino.

Vijak

Je mehanizem, ki pretvori rotacijsko gibanje v linearno gibanje in rotacijsko silo (navor) v linearno silo. Vijak je res druga vrsta nagnjene ravnine.

Njegova najpogostejša oblika je sestavljena iz valjaste gredi s spiralnimi utori, imenovanimi navojki na zunanji strani.

Vijak prehaja skozi luknjo v drugem predmetu ali mediju z notranjimi nitmi, ki se mrežijo z navojnimi navoji.

Primeri

Ročice

Nekaj ​​primerov vzvodov so ročaji vrat, kremplji na kladivu za odstranjevanje nohtov, železne ročice, stikala za luči, odpirači za steklenice in tečaji.

Vir: pixabay.com

Kolesa in osi

Najdemo jih tam, kjer se stvari vrtijo v krogu, na primer električni ventilator, motor, vrtljiva vrata, vrtiljak in katero koli kolo, pa naj bo to v avtomobilu, na drsalki ali na kolesu.

Vir: pixabay.com

Jermenice

Uporabljajo se v zavesah in senčilih, da jih premikate navzgor in navzdol ali naprej in nazaj.

Lahko nekaj dvignejo od tal, kot zastavo na drogu. Vrv se potegne navzdol, zastava pa gre navzgor.

Uporabljajo jih tudi v industriji za dvigovanje in spuščanje težkih tovorov, na ladjah za dvigovanje in spuščanje jader ali v žerjavih, ki se uporabljajo pri premikajoči se gradbeni opremi.

Dvigala uporabljajo tudi jermenice za premikanje avtomobila navzdol in navzgor od tal do tal.

Vir: pixabay.com

Poševne ravnine

Uporabljajo se v skuterskih parkih, klančinah na invalidskih vozičkih in za premikanje težke opreme v in iz zadnjega dela tovornjakov.

Spremenjene različice klančine najdemo na stopnicah, tekočih stopnicah, sprehajalnih poteh in celo na diapozitivih, ki se uporabljajo za spuščanje pošte v poštni nabiralnik, vse do vlaka, ki se spušča po pobočju.

Vir: pexels.com

Zibelka

Nekaj ​​primerov klinov, ki se uporabljajo za ločevanje, so lopata, nož, sekira, pikapolonica, žaga, škarje ali paličica za led.

Klini lahko tudi držijo stvari skupaj, kot v primeru sponk, zatičev, zatičev, žebljev ali vrat.

Vir: pixabay.com

Vijak

Nekaj ​​primerov je na vajah, pokrovu kozarca, žarnici, vijaku, pokrovčkih steklenic, pipi in peresnikih.

Druga uporaba vijaka je v napravi, imenovani vijačna črpalka. Gre za ogromen hidravlični stroj v obliki vijaka, ki gre v vodo. Pri vrtenju se voda zaradi svoje vijačne oblike dvigne po zvitem jašku in se dvigne tam, kjer je potrebno. Vijačne črpalke se pogosto uporabljajo za namakanje in v kmetijskih okoljih, kot so kmetije.

Vir: pixabay.com

Reference

1. Wikipedija, brezplačna enciklopedija (2019). Preprost stroj. Izvedeno iz: en.wikipedia.org.
2. Javna televizija Idaho (2019). Preprosti stroji: dejstva. Izvedeno iz: idahoptv.org.
3. Jim Lucas (2018). 6 preprostih strojev: olajšanje dela. Živa znanost. Izvedeno iz: lifecience.com.
4. Teach Engineering (2019). Inženiring: Preprosti stroji. Izvedeno iz: teachengineering.org.
5. Za učitelje za študente (2019). Kaj so preprosti stroji? Vzeto iz: forteachersforstudents.com.au.
6. Vlada države Victoria (2019). Preprosti stroji. Izvedeno iz: education.vic.gov.au.
7. Vex IQ (2019). Šest vrst preprostih strojev. Vzeto iz: vexrobotics.com.