Semplici macchine, caratteristiche, tipi, esempi

IL Macchine semplici Sono dispositivi meccanici che cambiano la grandezza o la direzione di una forza. Possono generalmente essere definiti come i dispositivi più brevi che utilizzano un vantaggio meccanico, chiamato anche leva finanziaria, per aumentare una forza.

Nel corso della storia, gli umani hanno sviluppato diversi dispositivi per facilitare il lavoro. I più importanti sono noti come sei tipi di macchine semplici: la leva, la ruota e l'asse, la puleggia, il piano inclinato, il cuneo e la vite.

Fonte: John Mills [dominio pubblico]

Quando viene ascoltata la parola macchina, pensi a qualcosa come un escavatore o una locomotiva a vapore. Tuttavia, nella scienza una macchina è tutto ciò che rende una forza maggiore.

Una macchina può aumentare la quantità di forza prodotta, con il costo di una riduzione proporzionale della distanza che il carico funziona. La relazione tra la forza prodotta e la forza applicata è chiamata vantaggio meccanico.

Una macchina semplice utilizza una singola forza applicata che funziona contro una singola forza di carico. Ignorando le perdite di attrito, il lavoro svolto nel carico è uguale al lavoro svolto dalla forza applicata.

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Blocchi elementari

Le macchine semplici sono ovunque, i giorni utilizzati per svolgere compiti semplici. Sono stati anche usati dai primi giorni di esistenza umana.

Le macchine semplici possono essere considerate come i blocchi elementari di cui sono composte tutte le macchine più complesse, chiamate macchine composite.

Nel meccanismo di una bicicletta, ad esempio, vengono utilizzate pulegge, leve e ruote. Il vantaggio meccanico di una macchina composta non è altro che il risultato dei vantaggi meccanici di macchine semplici che la compongono.

Tuttavia, sebbene continuino a essere considerati molto importanti nella meccanica e nella scienza applicata, i meccanici moderni hanno attraversato quella visione di macchine semplici come i blocchi elementari di cui sono composte tutte le macchine.

Storia

Idee iniziali

Intorno al terzo secolo a. C. L'idea di una semplice macchina ha avuto origine, con il filosofo greco Archimede, che ha studiato le seguenti macchine semplici: leva, puleggia e vite.

Scoperto sulla leva il principio del vantaggio meccanico. Il suo famoso commento in relazione alla leva: "Dammi un posto per sostenermi e muovere la terra" esprime la sua comprensione che non vi era alcun limite per la quantità di aumento di forza che potrebbe essere raggiunta con l'uso del vantaggio meccanico.

I filosofi greci posteriori hanno definito cinque semplici macchine classiche e potevano calcolare il vantaggio meccanico che avevano.

Ad esempio, nel tuo lavoro Meccanica, Herón de Alejandría (10-75 d. C.) Elenca cinque dispositivi che possono impostare un carico: puleggia, ruota e asse, leva, vite e cuneo, dettagliatamente la sua elaborazione e uso.

Tuttavia, la conoscenza dei greci era limitata alla statica di macchine semplici (l'equilibrio delle forze), esclusi le dinamiche, il concetto di lavoro o la compensazione tra forza e distanza.

Periodo rinascimentale

Le dinamiche delle forze meccaniche, come venivano chiamate le macchine semplici, iniziarono a studiare durante la rinascita, dal punto di vista di dove poteva essere sollevato un peso, oltre alla forza che poteva essere applicata, che alla fine portò al nuovo concetto di lavoro meccanico.

Il vantaggio meccanico del piano inclinato è stato dedotto dall'ingegnere fiammingo Simon Stevin nel 1586. Questo è stato incluso con le altre macchine semplici.

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Lo scienziato italiano Galileo Galilei elaborò nel 1600 la teoria dinamica completa di macchine semplici, nel suo lavoro Meccaniche, Laddove la somiglianza matematica sottostante è stata rivelata come amplificatori di forza di queste macchine. Fu il primo a spiegare che le macchine semplici non creavano energia, lo trasformarono solo.

Leonardo da Vinci ha scoperto le classiche regole di attrito scorrevole sulle macchine, ma non sono state pubblicate o documentate nelle loro carte. Nel 1699 Guillaume Amontons riscoprì queste regole e nel 1785 furono sviluppati da Charles-Augustin de Coulomb.

Caratteristiche

Le macchine semplici sono dispositivi con una o pochissime parti mobili, che rendono il lavoro più semplice. La funzione principale di una semplice macchina è l'amplificazione della forza o la modifica del movimento.

Movimento e forza

Il movimento e la forza in una macchina semplice sono inseparabili. Sono sempre in relazione inversa.

La forza prodotta da una leva è maggiore della forza applicata, ma il movimento prodotto è inferiore al movimento che si applica. Cioè, un guadagno in vigore è accompagnato da una perdita in movimento.

Lavoro

In meccanica, il lavoro è qualcosa che fanno le forze quando si muovono nella direzione in cui agiscono. Cioè, quando viene applicata una forza per percorrere una distanza, si verifica un lavoro. Questo è espresso matematicamente come: lavoro = forza × distanza.

Ad esempio, per sollevare un oggetto, il lavoro che supera la forza della gravità deve essere fatto e quindi essere in grado di spostare l'oggetto verso l'alto.

Per sollevare un oggetto due volte pesante, è necessario il doppio del lavoro per caricare la stessa distanza. Sarebbe anche necessario un doppio lavoro per sollevare due volte lo stesso oggetto.

Questo concetto di lavoro è essenziale per definire la funzione meccanica in macchine semplici in termini di forza e movimento, evidenziando l'inseparabilità della forza e del movimento.

Vantaggio meccanico

È la relazione tra la forza che fa un lavoro rispetto alla forza applicata. Pertanto, è l'efficacia dell'amplificazione della forza di una macchina semplice.

Il vantaggio meccanico di macchine semplici significa che puoi usare meno resistenza per spostare un oggetto, ma devi spostare una distanza più lunga.

Molte volte sembra che un'attività sia difficile perché è necessario usare molta forza. Usando la compensazione tra distanza e forza, si può fare che l'attività è molto più facile da completare.

Un esempio è spingere un oggetto pesante da una rampa. È più facile spingere l'oggetto dalla rampa che sollevarlo alla giusta altezza, ma è necessario trasportare una distanza più lunga.

A cosa servono le macchine semplici?

Le macchine semplici facilitano il lavoro eseguendo una o più delle seguenti funzioni:

- Trasferisci una forza da un posto a un altro.

- Cambiare la direzione di una forza.

- Aumenta l'entità di una forza.

- Aumentare la distanza da una forza.

Sebbene le macchine semplici abbiano molte forme diverse, sono disponibili in sei tipi di base:

- Cuneo: dispositivo per separare le cose.

- Ruota e asse: utilizzato per ridurre l'attrito e come moltiplicatore di forza.

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- Leva: si muove attorno a un punto di supporto per aumentare o ridurre il vantaggio meccanico.

- Piano inclinato: solleva gli oggetti quando si carica una pendenza.

- Vite: un dispositivo che può sollevare o mantenere elementi insieme.

- Puleggia: cambia la direzione di una forza.

Aumento della forza applicata

Le macchine semplici aiutano gli umani ad aumentare la forza applicata a un oggetto. Forniscono un vantaggio meccanico per aiutare a spostare gli oggetti.

Come indica la formula di lavoro, il principale vantaggio di macchine semplici è consentire la stessa quantità di lavoro applicando una quantità inferiore di forza a una distanza maggiore.

Ad esempio, si desidera sollevare un oggetto che pesa 10 chilogrammi 2 metri da terra. Può essere esercitato sull'oggetto 10 kg di forza nella direzione ascendente, per una distanza di 2 metri, eseguendo così 20 Newton di lavoro.

Se è stata utilizzata una leva di 3 metri, posizionando l'oggetto da un'estremità e posizionando sotto la barra un decreto una forza di soli 5 chilogrammi.

Tuttavia, la fine della leva per sollevare l'oggetto solo 2 metri.

C'è un risarcimento. Abbassare la leva raddoppia la distanza precedente, ma la forza necessaria è ridotta alla metà, facendo la stessa quantità di lavoro.

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Leva

È una specie di barra rigida che ha come punto di supporto un fulcro fisso. È costituito da un carico, che è l'oggetto per muoversi o sollevare, un punto di supporto, che è il perno e uno sforzo, che è la forza necessaria per muovere o sollevare il carico.

Quando si applica una forza a un'estremità della leva, viene creata una forza importante all'altra estremità. La forza applicata aumenterà o diminuirà a seconda della distanza del supporto e dello sforzo del carico.

Ruota e asse

È costituito da una ruota attaccata a un asse più piccolo in modo che queste due parti si girassero insieme, dove una forza viene trasferita dall'una all'altra. Una cerniera supporta l'asse, consentendo la rotazione.

Facilita il compito di spostare gli oggetti in tournée. La ruota, che è l'estremità rotonda, ruota con l'asse cilindrico, causando il movimento.

Può anche amplificare la forza. Una piccola forza applicata alla circonferenza di una ruota grande può muovere un carico maggiore attaccato a un asse.

Puleggia

È progettato per supportare il movimento e il cambio di direzione di una corda tesa. La corda è arrotolata attorno a una ruota. Mentre la ruota ruota, la corda si muove in qualsiasi direzione.

Se un gancio è collegato alla corda, la rotazione della ruota può essere utilizzata per sollevare e abbassare gli oggetti, facilitando il lavoro.

Piano inclinato

È una superficie piana, con un'estremità superiore all'altra, utilizzata come supporto per aumentare o abbassare un carico. Sono ampiamente usati per spostare carichi pesanti su ostacoli verticali.

Spostare un oggetto su un piano inclinato richiede meno resistenza rispetto al sollevamento diretto, al costo di un aumento della distanza percorsa.

Il vantaggio meccanico di un piano inclinato è uguale alla relazione tra la lunghezza della superficie inclusa e l'altezza coperta.

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Culla

È uno strumento triangolare. Può essere usato per separare due oggetti, rimuovere i pezzi da un oggetto, sollevare o mantenere un oggetto in posizione.

Opere trasformando una forza applicata alla sua estremità Romo in forze perpendicolari alla sua superficie inclinata.

Il vantaggio meccanico è dato dalla relazione tra la lunghezza della pendenza e la larghezza.

Vite

È un meccanismo che converte il movimento di rotazione in un movimento lineare e la forza di rotazione (coppia) in una forza lineare. Una vite è davvero un altro tipo di piano inclinato.

La sua forma più comune è costituita da un asse cilindrico con scanalature elicoidali chiamate fili lungo l'esterno.

La vite passa attraverso un foro in un altro oggetto o mezzo con filettature all'interno, che si stanno raffreddando con le filettature della vite.

Esempi

Leve

Alcuni esempi di leve sono le porte delle porte, gli artigli di un martello per rimuovere chiodi, leve di ferro, interruttori della luce, apre stivaletti e cerniere.

Fonte: Pixabay.com

Ruote e asce

Si incontrano dove le cose si girano in un cerchio, come una ventola elettrica, un motore, una porta rotante, una giostra e una ruota, in macchina, su uno skateboard o in bicicletta.

Fonte: Pixabay.com

Pulegge

Sono usati nelle tende e nelle tende per spostarli su e giù o avanti e indietro.

Possono caricare qualcosa da terra, come una bandiera in un post. La corda viene gettata giù, ma la bandiera aumenta.

Sono anche utilizzati nel settore per raccogliere e abbassare i carichi pesanti, nelle navi per sollevare e abbassare le candele o nelle gru da utilizzare nelle apparecchiature di costruzione in movimento in movimento.

Gli ascensori usano anche le pulegge per spostare l'auto verso il basso e verso l'alto da un pavimento all'altro.

Fonte: Pixabay.com

Piani inclini

Sono utilizzati nei parchi scooter, nelle rampe per sedie a rotelle e per un'attrezzatura pesante tra e fuori dalla parte posteriore dei camion.

Le versioni modificate di una rampa si trovano su scale, scale meccaniche, percorsi a piedi e persino nelle vetrini usati per lasciare la posta nella cassetta postale, su un treno che sale su una pendenza.

Fonte: Pexels.com

Culla

Alcuni esempi di zeppe usati per separare possono essere una pala, un coltello, un'ascia, una zapapico, una sega, una forbice o un Picahielos.

I cunei possono anche tenere insieme le cose, come nel caso di un punto fermo, spille, borchie, chiodi o fermate delle porte.

Fonte: Pixabay.com

Vite

Alcuni esempi sono in un trapano, il coperchio di una brocca, una lampadina, un bullone, bottiglie di bottiglie, rubinetti e penne.

Un altro uso della vite è in un dispositivo chiamato pompa a vite. È una macchina idraulica a forma di grande vite che viene introdotta nell'acqua. Quando si gira, grazie alla sua forma a vite, l'acqua si arrampica attraverso l'asse attorcigliato, sale dove è necessario. Spesso, le bombe a vite vengono utilizzate per l'irrigazione e in ambienti agricoli come le aziende agricole.

Fonte: Pixabay.com

Riferimenti

1. Wikipedia, The Free Encyclopedia (2019). Macchina semplice. Preso da: in.Wikipedia.org.
2. Idaho Public Television (2019). Macchine semplici: fatti. Tratto da: Idahopvv.org.
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