Hvordan de 6 typene enkle maskiner fungerer

Arbeid er definert i fysikk som bruk av en kraft for å flytte et objekt en viss avstand ; Bevaring av arbeid er et grunnleggende prinsipp for enkle maskiner. Enkle maskiner genererer en kraft større enn den vi direkte bruker; forholdet mellom disse to kreftene er den mekaniske fordelen som maskinen gir. De seks enkle maskinene vi beskriver her har vært i bruk i tusenvis av år, og flere av dem ble fysisk beskrevet av den greske filosofen Archimedes , som levde mellom 287 og 212 f.Kr. Når disse maskinene kombineres, kan de generere en enda større mekanisk fordel, som for en sykkel.

Den første registreringen av bruken av ordet «maskin» ( machina ) var på gresk, og det var den greske poeten Homer på 700-tallet f.Kr. som brukte det for å referere til politisk manipulasjon. Den greske dramatikeren Aeschylus, som levde mellom 523 og 426 f.Kr., er kreditert for å ha brukt ordet i referanse til teatermaskiner som deus ex machina («guden for en maskin»). Denne maskinen var en kran som løftet skuespillere som spilte guder opp på scenen.

La oss se på de seks typene arkimedeiske maskiner:

Spak

En spak er en enkel maskin som består av en stiv gjenstand, spaken (ofte en stang laget av en eller annen type materiale som er motstandsdyktig mot bøyning), og et dreiepunkt eller dreiepunkt. Påføringen av en kraft på den ene enden av den stive gjenstanden får den til å rotere rundt støttepunktet, noe som forårsaker overføring av kraften til den andre enden av den stive gjenstanden. Det er tre klasser av spaker avhengig av hvor kraften påføres, hvor den overførte kraften oppnås og plasseringen av omdreiningspunktet på spaken. Den første registreringen av bruk av en spak var som en balanse rundt 5000 f.Kr. Arkimedes er kreditert med uttrykket » Gi meg en spak og et støttepunkt, og jeg vil flytte jorden .» Det velkjente spillet med vippe og trillebår er hverdagslige eksempler på spaker.

Hjul

Et hjul er en sirkulær gjenstand som er festet i midten til en stiv stang, akselen. En kraft påført hjulet får akselen til å rotere, og forsterker kraften som påføres det sirkulære objektet i forhold til kraften som virker på akselen. Avstanden dekket av kraften på den sirkulære gjenstanden vil være større enn avstanden dekket av kraften som overføres på aksen, og dermed bevare arbeidet, slik vi definerte det i begynnelsen av artikkelen. Omvendt, en kraft som påføres akselen for å få den til å rotere, oversettes til rotasjon av hjulet, og i dette tilfellet forsterker bevegelsen, avstanden som dekkes av hjulet. Et hjul kan også tolkes som en type spak der kraften påføres hjulet og overføres til punktet der aksen slutter seg til det sirkulære objektet.Mesopotamia rundt 3500 f.Kr. Bildekk og sykkelhjul er de vanligste hverdagseksemplene på hjul- og akselkombinasjonen.

Skråplan

Et skråplan er en flat overflate som danner en vinkel med en annen overflate. Hvis du for eksempel vil løfte en gjenstand, kan du få den til å gli på en overflate som danner en viss vinkel med horisontalplanet, i stedet for å løfte den direkte. På denne måten påfører vi en mindre kraft over en større avstand og opprettholder dermed det samme arbeidet som om vi hadde løftet det direkte. Dette er i utgangspunktet det enkleste skråplanet, en rampe; Det kreves mindre kraft for å klatre en rampe til en høyere høyde enn å klatre den høyden vertikalt, men en større avstand dekkes. Ramper ble brukt til å bygge store bygninger ( monumental arkitektur ) fra 10 000 til 8 500 f.Kr. I  On Plane EquilibriumArkimedes beskriver tyngdepunktene til forskjellige geometriske planfigurer.

Vugge

Kilen er ofte tenkt på som et dobbelt skråplan (begge sider av kilen er skråplan) som glir for å utøve en kraft langs sidene. Kraften er vinkelrett på skrå overflater, så den kan skille to gjenstander eller dele en enkelt gjenstand i to deler. Økser, kniver og meisler er kiler. Dørkilen bruker friksjonskraften til overflaten for å hindre bevegelsen av døren i stedet for å dele noe i to deler, men det er fortsatt i bunn og grunn en kile. Kilen er den eldste enkle maskinen, brukt av våre forfedre  Homo erectus  for minst 1,2 millioner år siden for å lage steinverktøy.

Skru

En skrue er en aksel som har et skrånende spor over overflaten. Når skruen roterer når et par krefter påføres dens akse, overføres kraften vinkelrett på slissen, og transformerer dermed en rotasjonskraft til en lineær kraft. Den brukes ofte til å sammenføye gjenstander, slik tilfellet er med vanlig skrue og bolt. Babylonerne i Mesopotamia utviklet skruen på 700-tallet f.Kr. for å heve vann slik at de kunne vanne en hage med vann fra en elv. Denne maskinen skulle senere bli kjent som den arkimedeiske skruen.

Talje

En trinse er et hjul med et spor langs kanten der et tau eller kabel kan festes. Den kan brukes til å endre retningen til en kraft eller, som spaken eller hjulet, til å påføre en mindre kraft på resultanten, men for en større avstand, og begge kreftene gjør dermed det samme arbeidet. Den påførte kraften er den som oppstår ved å stramme tauet. Komplekse trinsesystemer kan brukes til å redusere kraften som trengs for å bevege en gjenstand vesentlig ved å kombinere trinser som endrer retningen på kraften med trinser som reduserer kraften som skal påføres. Babylonerne brukte enkle trinser i det syvende århundre f.Kr.; Det første komplekse trinsesystemet, som kombinerer flere trinser, ble oppfunnet av grekerne rundt 400 f.Kr.

Kilder

• Bautista Paz, Emilio, et al. En kort illustrert historie om maskiner og mekanismer . Dordrecht, Tyskland: Springer, 2010.
• Ceccarelli, Marco. Bidrag fra Archimedes om mekanikk og design av mekanismer . Mekanisme og maskinteori 72 (2014) 86–93.
• Chondros, Thomas G. Archimedes liv, verk og maskiner. Mechanism and Machine Theory 45 (2010) 1766–75.
• Pisano, Raffaele og Danilo Capecchi. Om arkimedeiske røtter i Torricellis mekanikk . Arkimedes geni: 23 århundrer med innflytelse på matematikk, vitenskap og ingeniørfag. red. Paipetis, Stephans A. og Marco Ceccarelli. Internasjonal konferanse, Syracuse, Italia, 8.-10. juni 2010. Dordrecht, Tyskland; Springer, 2010. 17–28.
• Waters, Shaun og George A. Aggidis. Over 2000 år i gjennomgang: gjenoppliving av Archimedes-skruen, pumpe til turbin . Renewable and Sustainable Energy Reviews 51 (2015) 497–505.