Cum funcționează cele 6 tipuri de mașini simple

Munca este definită în fizică ca aplicarea unei forțe pentru a deplasa un obiect la o anumită distanță ; Conservarea muncii este un principiu de bază al mașinilor simple. Mașinile simple generează o forță mai mare decât cea pe care o aplicăm direct; relația dintre aceste două forțe este avantajul mecanic pe care îl oferă mașina. Cele șase mașini simple pe care le descriem aici au fost folosite de mii de ani, iar câteva dintre ele au fost descrise fizic de filozoful grec Arhimede , care a trăit între 287 și 212 î.Hr. Atunci când aceste utilaje sunt combinate, ele pot genera un avantaj mecanic și mai mare, ca în cazul unei biciclete.

Prima înregistrare a folosirii cuvântului „mașină” ( machina ) a fost în greacă, iar poetul grec Homer din secolul al VIII-lea î.Hr. a fost cel care l-a folosit pentru a se referi la manipularea politică. Dramaturgului grec Eschil, care a trăit între 523 și 426 î.Hr., este creditat că a folosit cuvântul cu referire la mașinile de teatru ca deus ex machina („zeul unei mașini”). Această mașină era o macara care ridica pe scenă actori care jucau rolul zeilor.

Să ne uităm la cele șase tipuri de mașini arhimedeene:

Pârghie

O pârghie este o mașină simplă constând dintr-un obiect rigid, pârghia (adesea o bară realizată dintr-un tip de material rezistent la îndoire) și un punct de sprijin sau pivot. Aplicarea unei forțe la un capăt al obiectului rigid face ca acesta să se rotească în jurul punctului de sprijin, determinând transmiterea forței către celălalt capăt al obiectului rigid. Există trei clase de pârghii în funcție de locul în care se aplică forța, de unde se obține forța transmisă și de locația punctului de sprijin pe pârghie. Prima înregistrare a utilizării unei pârghii a fost ca balanță în jurul anului 5000 î.Hr. Arhimede i se atribuie expresia „ Dă-mi o pârghie și un punct de sprijin și voi mișca Pământul ”. Cunoscutul joc de balansoar și roabe sunt exemple de zi cu zi de pârghii.

roată

O roată este un obiect circular care este atașat în centrul său de o bară rigidă, axa. O forță aplicată roții face ca axa să se rotească, amplificând forța aplicată obiectului circular în raport cu forța care acționează asupra axei. Distanța parcursă de forța asupra obiectului circular va fi mai mare decât distanța parcursă de forța transmisă pe axă, conservând astfel munca, așa cum am definit-o la începutul articolului. Invers, o forta aplicata osiei pentru a o face sa se roteasca se traduce prin rotatie a rotii, amplificand in acest caz miscarea, distanta parcursa de roata. O roată poate fi interpretată și ca un tip de pârghie în care forța este aplicată roții și transmisă până la punctul în care axa se unește cu obiectul circular.Mesopotamia în jurul anului 3500 î.Hr. Anvelopele auto și roțile de bicicletă sunt cele mai comune exemple de zi cu zi de combinație roată și osie.

Plan înclinat

Un plan înclinat este o suprafață plană care formează un unghi cu o altă suprafață. De exemplu, dacă doriți să ridicați un obiect, îl puteți face să alunece pe o suprafață care formează un anumit unghi cu planul orizontal, în loc să-l ridicați direct. În acest fel aplicăm o forță mai mică pe o distanță mai mare menținând astfel același lucru ca și când l-am fi ridicat direct. Acesta este practic cel mai simplu plan înclinat, o rampă; Este necesară mai puțină forță pentru a urca o rampă la o altitudine mai mare decât pentru a urca pe verticală, dar este parcursă o distanță mai mare. Rampele au fost folosite pentru a construi clădiri mari ( arhitectură monumentală ) între 10.000 și 8.500 î.Hr. În  On Plane EquilibriumArhimede descrie centrele de greutate ale diferitelor figuri geometrice plane.

Leagăn

Pana este adesea considerată ca un plan dublu înclinat (ambele părți ale panei sunt plane înclinate) care alunecă pentru a exercita o forță de-a lungul laturilor sale. Forța este perpendiculară pe suprafețele înclinate, astfel încât poate separa două obiecte sau poate împărți un singur obiect în două părți. Topoarele, cuțitele și daltele sunt pene. Pana ușii folosește forța de frecare a suprafeței sale pentru a împiedica mișcarea ușii, mai degrabă decât să despartă ceva în două părți, dar este totuși o pană fundamentală. Pena este cea mai veche mașină simplă, folosită de strămoșii noștri  Homo erectus  cu cel puțin 1,2 milioane de ani în urmă pentru a face unelte de piatră.

Şurub

Un șurub este un arbore care are o canelură înclinată pe suprafața sa. Pe măsură ce șurubul se rotește atunci când sunt aplicate câteva forțe pe axa sa, forța este transmisă perpendicular pe fantă, transformând astfel o forță de rotație într-o forță liniară. Este frecvent folosit pentru a îmbina obiecte, așa cum este cazul șuruburilor și șuruburilor tipice. Babilonienii din Mesopotamia au dezvoltat șurubul în secolul al VII-lea î.Hr. pentru a ridica apă, astfel încât să poată iriga o grădină cu apă dintr-un râu. Această mașină va fi cunoscută mai târziu sub numele de șurubul arhimedean.

Scripete

Un scripete este o roată cu o canelură de-a lungul marginii de unde poate fi atașat o frânghie sau un cablu. Poate fi folosit pentru a schimba direcția unei forțe sau, la fel ca pârghia sau roata, pentru a aplica o forță mai mică rezultantei, dar pe o distanță mai mare, ambele forțe făcând astfel aceeași muncă. Forța aplicată este cea care rezultă din întinderea frânghiei. Sistemele complexe de scripete pot fi utilizate pentru a reduce substanțial forța necesară pentru deplasarea unui obiect prin combinarea scripetelor care schimbă direcția forței cu scripetele care reduc forța care trebuie aplicată. Babilonienii au folosit scripete simple în secolul al VII-lea î.Hr.; Primul sistem complex de scripete, care combină mai multe scripete, a fost inventat de greci în jurul anului 400 î.Hr.

Surse

• Bautista Paz, Emilio și colab. O scurtă istorie ilustrată a mașinilor și mecanismelor . Dordrecht, Germania: Springer, 2010.
• Ceccarelli, Marco. Contribuțiile lui Arhimede la mecanică și proiectarea mecanismului s. Mecanism and Machine Theory 72 (2014) 86–93.
• Chondros, Thomas G. Arhimede viață, lucrări și mașini. Mecanism and Machine Theory 45 (2010) 1766–75.
• Pisano, Raffaele și Danilo Capecchi. Despre rădăcinile arhimediene în mecanica lui Torricelli . Geniul lui Arhimede: 23 de secole de influență asupra matematicii, științei și ingineriei. eds. Paipetis, Stephans A. și Marco Ceccarelli. Conferință internațională, Syracuse, Italia, 8-10 iunie 2010. Dordrecht, Germania; Springer, 2010. 17–28.
• Waters, Shaun și George A. Aggidis. Peste 2000 de ani în analiză: renașterea șurubului Arhimede, pompă la turbină . Evaluări privind energia regenerabilă și durabilă 51 (2015) 497–505.