Tabla de Contenidos
Arbejde defineres i fysik som anvendelsen af en kraft til at flytte et objekt en vis afstand ; Bevarelse af arbejdet er et grundlæggende princip for simple maskiner. Simple maskiner genererer en kraft, der er større end den, vi direkte anvender; forholdet mellem disse to kræfter er den mekaniske fordel, som maskinen giver. De seks simple maskiner, vi beskriver her, har været i brug i tusinder af år, og flere af dem blev fysisk beskrevet af den græske filosof Archimedes , som levede mellem 287 og 212 f.Kr. Når disse maskiner kombineres, kan de generere en endnu større mekanisk fordel, som i tilfældet med en cykel.
Den første registrering af brugen af ordet “maskine” ( machina ) var på græsk, og det var den græske digter Homer i det ottende århundrede f.Kr., der brugte det til at henvise til politisk manipulation. Den græske dramatiker Aischylos, der levede mellem 523 og 426 f.Kr., er krediteret for at bruge ordet i forbindelse med teatermaskiner som deus ex machina (“en maskines gud”). Denne maskine var en kran, der løftede skuespillere, der spillede guder, op på scenen.
Lad os se på de seks typer arkimedeanske maskiner:
Håndtag
En løftestang er en simpel maskine, der består af en stiv genstand, håndtaget (ofte en stang lavet af en eller anden type materiale, der er modstandsdygtig over for bøjning) og et omdrejningspunkt eller omdrejningspunkt. Påføringen af en kraft på den ene ende af den stive genstand får den til at rotere rundt om støttepunktet, hvilket forårsager overførsel af kraften til den anden ende af den stive genstand. Der er tre klasser af håndtag afhængigt af hvor kraften påføres, hvor den overførte kraft opnås og placeringen af omdrejningspunktet på håndtaget. Den første registrering af brugen af en løftestang var som vægt omkring 5000 f.Kr. Archimedes er krediteret med sætningen ” Giv mig en løftestang og et støttepunkt, og jeg vil flytte Jorden .” Det velkendte spil vippe og trillebøre er hverdagseksempler på håndtag.
Hjul
Et hjul er en cirkulær genstand, der i midten er fastgjort til en stiv stang, akslen. En kraft påført hjulet får akslen til at rotere, hvilket forstærker kraften påført den cirkulære genstand i forhold til den kraft, der virker på akslen. Afstanden dækket af kraften på den cirkulære genstand vil være større end afstanden dækket af kraften transmitteret på aksen, og dermed bevare værket, som vi definerede det i begyndelsen af artiklen. Omvendt vil en kraft, der påføres akslen for at få den til at rotere, omsættes til rotation af hjulet, hvilket i dette tilfælde forstærker bevægelsen, den afstand, hjulet dækker. Et hjul kan også fortolkes som en type løftestang, hvor kraften påføres hjulet og overføres til det punkt, hvor aksen forbinder det cirkulære objekt.Mesopotamien omkring 3500 f.Kr. Bildæk og cykelhjul er de mest almindelige hverdagseksempler på hjul- og akselkombinationen.
Skråplan
Et skråplan er en flad overflade, der danner en vinkel med en anden overflade. Hvis du for eksempel vil løfte en genstand, kan du få den til at glide på en overflade, der danner en bestemt vinkel med det vandrette plan, i stedet for at løfte den direkte. På denne måde påfører vi en mindre kraft over en større afstand og bevarer det samme arbejde, som hvis vi havde løftet det direkte. Dette er dybest set det enkleste skråplan, en rampe; Der kræves mindre kraft for at forcere en rampe til en højere højde end at forcere den højde lodret, men en større afstand tilbagelægges. Ramper blev brugt til at bygge store bygninger ( monumental arkitektur ) fra 10.000 til 8.500 f.Kr. I On Plane EquilibriumArchimedes beskriver tyngdepunkterne for forskellige geometriske planfigurer.
Vugge
Kilen opfattes ofte som et dobbelt skråplan (begge sider af kilen er skråplan), der glider for at udøve en kraft langs dens sider. Kraften er vinkelret på skrå overflader, så den kan adskille to objekter eller dele en enkelt genstand i to dele. Økser, knive og mejsler er kiler. Dørkilen bruger friktionskraften fra dens overflade til at hindre bevægelsen af døren i stedet for at dele noget i to dele, men det er stadig grundlæggende en kile. Kilen er den ældste simple maskine, som vores forfædre Homo erectus brugte for mindst 1,2 millioner år siden til at lave stenværktøjer.
Skrue
En skrue er en aksel, der har en skrå rille hen over sin overflade. Når skruen roterer, når et par kræfter påføres dens akse, overføres kraften vinkelret på spalten, hvorved en rotationskraft omdannes til en lineær kraft. Det bruges ofte til at forbinde genstande, som det er tilfældet med den typiske skrue og bolt. Babylonierne i Mesopotamien udviklede skruen i det 7. århundrede f.Kr. for at hæve vand, så de kunne vande en have med vand fra en flod. Denne maskine ville senere blive kendt som den arkimedeiske skrue.
Remskive
En remskive er et hjul med en rille langs kanten, hvor et reb eller et kabel kan fastgøres. Den kan bruges til at ændre retningen af en kraft eller, ligesom håndtaget eller hjulet, til at påføre en mindre kraft på resultatet, men for en større afstand, hvor begge kræfter således udfører det samme arbejde. Den påførte kraft er den, der er resultatet af spænding af rebet. Komplekse remskivesystemer kan bruges til væsentligt at reducere den kraft, der er nødvendig for at flytte en genstand, ved at kombinere remskiver, der ændrer retningen af kraften, med remskiver, der reducerer den kraft, der skal påføres. Babylonierne brugte simple remskiver i det syvende århundrede f.Kr.; Det første komplekse remskivesystem, der kombinerede flere remskiver, blev opfundet af grækerne omkring 400 f.Kr.
Kilder
- Bautista Paz, Emilio, et al. En kort illustreret historie om maskiner og mekanismer . Dordrecht, Tyskland: Springer, 2010.
- Ceccarelli, Marco. Archimedes’ bidrag om mekanik og design af mekanismer . Mekanisme og maskinteori 72 (2014) 86–93.
- Chondros, Thomas G. Archimedes liv, værker og maskiner. Mekanisme og maskinteori 45 (2010) 1766–75.
- Pisano, Raffaele og Danilo Capecchi. Om arkimedeanske rødder i Torricellis mekanik . Arkimedes geni: 23 århundreders indflydelse på matematik, videnskab og teknik. eds. Paipetis, Stephans A. og Marco Ceccarelli. International konference, Syracuse, Italien, 8.-10. juni 2010. Dordrecht, Tyskland; Springer, 2010. 17-28.
- Waters, Shaun og George A. Aggidis. Over 2000 år tilbage: genoplivning af Archimedes-skruen, pumpe til turbine . Renewable and Sustainable Energy Reviews 51 (2015) 497–505.
