6 typer enkle maskiner

xefstock/Getty Images

Arbeid utføres ved å bruke en makt over en avstand. Disse seks enkle maskinene skaper en større utgangskraft enn inngangskraften; forholdet mellom disse kreftene er mekanisk fordel av maskinen. Alle de seks enkle maskinene som er oppført her har blitt brukt i tusenvis av år, og fysikken bak flere av dem ble kvantifisert av den greske filosofen Arkimedes (ca. 287–212 f.Kr.). Når de kombineres, kan disse maskinene brukes sammen for å skape en enda større mekanisk fordel, som for en sykkel.

Spak

EN spak er en enkel maskin som består av en stiv gjenstand (ofte en stang av noe slag) og et støttepunkt (eller pivot). Påføring av en kraft på den ene enden av den stive gjenstanden får den til å svinge rundt omdreiningspunktet, noe som forårsaker en forstørrelse av kraften på et annet punkt langs den stive gjenstanden. Det er tre klasser av spaker, avhengig av hvor inngangskraften, utgangskraften og støttepunktet er i forhold til hverandre. Den tidligste spaken var i bruk som en balansevekt i 5000 fvt; Arkimedes er kreditert med å si 'Gi meg et sted å stå, og jeg vil flytte jorden.' Baseballballtre, vipper, trillebårer og brekkjern er alle typer spaker.

Hjul og aksel

Et hjul er en sirkulær enhet som er festet til en stiv stang i midten. En kraft påført hjulet får akselen til å rotere, noe som kan brukes til å forstørre kraften (ved for eksempel å ha et tauvind rundt akselen). Alternativt vil en kraft påført for å gi rotasjon på akselen oversettes til rotasjon av hjulet. Det kan sees på som en type spak som roterer rundt et midtpunkt. Den tidligste hjul- og akselkombinasjonen kjent var en leketøysmodell av en firehjuls vogn laget i Mesopotamia rundt 3500 fvt. pariserhjul , dekk og kjevler er eksempler på hjul og aksler.

Skråplan

Et skråplan er en plan overflate satt i en vinkel til en annen overflate. Dette resulterer i å utføre samme mengde arbeid ved å påføre kraften over en lengre avstand. Det mest grunnleggende skråplanet er en rampe; det krever mindre kraft å bevege seg opp en rampe til en høyere høyde enn å klatre til den høyden vertikalt. Ingen oppfant skråplanet siden det forekommer naturlig i naturen, men folk brukte ramper til å bygge store bygninger ( monumental arkitektur ) så tidlig som 10 000–8 500 fvt. Archimedes 'On Plane Equilibrium' beskriver tyngdepunktene for ulike geometriske planfigurer.

Kile

Kilen betraktes ofte som et dobbelt skråplan - begge sider er skråstilt - som beveger seg for å utøve en kraft langs lengdene på sidene. Kraften er vinkelrett på de skrå flatene, så den skyver to gjenstander (eller deler av en enkelt gjenstand) fra hverandre. Økser, kniver og meisler er alle kiler. Den vanlige 'dørkilen' bruker kraften på overflatene for å gi friksjon, snarere enn separate ting, men det er fortsatt fundamentalt sett en kile. Kilen er den eldste enkle maskinen, laget av våre forfedre Stående mann minst så lenge siden som 1,2 millioner år til lage steinredskaper .

Skru

En skrue er en aksel som har et skrånende spor langs overflaten. Ved å rotere skruen (påføre en dreiemoment ), kraften påføres vinkelrett på sporet, og overfører dermed en rotasjonskraft til en lineær. Den brukes ofte til å feste gjenstander sammen (som maskinvareskruen og bolten gjør). Babylonerne i Mesopotamia utviklet skruen på 700-tallet f.Kr., for å løfte vann fra en lavtliggende kropp til en høyere (vanne en hage fra en elv). Denne maskinen skulle senere bli kjent som Archimedes' skrue.

Talje

En trinse er et hjul med et spor langs kanten, hvor et tau eller kabel kan plasseres. Den bruker prinsippet om å påføre kraft over en lengre avstand, og også spenningen i tauet eller kabelen, for å redusere størrelsen på den nødvendige kraften. Komplekse systemer med trinser kan brukes til å redusere kraften som må brukes i utgangspunktet for å flytte en gjenstand. Enkle trinser ble brukt av babylonerne på 700-tallet fvt; den første komplekse (med flere hjul) ble oppfunnet av grekerne rundt 400 fvt. Archimedes perfeksjonerte den eksisterende teknologien, og laget den første fullt realiserte blokken og taklingen.

Hva er en maskin?

Den første bruken av ordet 'maskin' ('machina') på gresk var av den gamle greske poeten Homer på 800-tallet fvt, som brukte det for å referere til politisk manipulasjon. Den greske dramatikeren Aeschylus (523–426 fvt) er kreditert for å ha brukt ordet i referanse til teatermaskiner som ' Deus ex Machina ' eller 'gud fra en maskin.' Denne maskinen var en kran som brakte skuespillere som spilte guder opp på scenen.

Kilder og videre lesning

• Bautista Paz, Emilio, et al. 'En kort illustrert historie om maskiner og mekanismer.' Dordrecht, Tyskland: Springer, 2010. Trykk.
• Ceccarelli, Marco. ' Bidrag fra Archimedes om mekanikk og design av mekanismer .' Mekanisme og maskinteori 72 (2014): 86–93. Skrive ut.
• Chondros, Thomas G. ' Archimedes livsverk og maskiner. ' Mekanisme og maskinteori 45.11 (2010): 1766–75. Skrive ut.
• PIsano, Raffaele og Danilo Capecchi. 'På arkimedeiske røtter i Torricellis mekanikk.' Arkimedes geni: 23 århundrer med innflytelse på matematikk, vitenskap og ingeniørfag. Eds. Paipetis, Stephans A. og Marco Ceccarelli. Proceedings of an International Conference holdt i Syracuse, Italia, 8.–10. juni 2010. Dordrecht, Tyskland: Springer, 2010. 17.–28. Skrive ut.
• Waters, Shaun og George A. Aggidis. ' ' Over 2000 år i gjennomgang: Gjenoppliving av Archimedes-skruen fra pumpe til turbin. ' Anmeldelser av fornybar og bærekraftig energi 51 (2015): 497–505. Skrive ut.