6 סוגים של מכונות פשוטות

עבודה מבוצע על ידי יישום א כוח לאורך מרחק. שש מכונות פשוטות אלה יוצרות כוח פלט גדול יותר מכוח הקלט; היחס בין הכוחות האלה הוא יתרון מכני של המכונה. כל שש המכונות הפשוטות המפורטות כאן שימשו במשך אלפי שנים, והפיזיקה שמאחורי כמה מהן כופתה על ידי הפילוסוף היווני ארכימדס (בערך 287–212 לפנה"ס). בשילוב ניתן להשתמש במכונות אלה יחד ליצירת יתרון מכני גדול עוד יותר, כמו במקרה של אופניים.

א מנוף היא מכונה פשוטה המורכבת מאובייקט קשיח (לעיתים קרובות סרגל מסוג כלשהו) ונקודת משען (או ציר). הפעלת כוח על קצה אחד של העצם הנוקשה גורמת לו להסתובב סביב נקודת המשען וגורמת להגדלת הכוח בנקודה אחרת לאורך העצם הנוקשה. ישנן שלוש סוגים של מנופים, תלוי היכן כוח הקלט, כוח היציאה, ועמוד המשען ביחס זה לזה. המנוף הקדום ביותר היה בשימוש כסולם איזון עד 5000 לפני הספירה; ארכימדס זוכה באמירה "תן לי מקום לעמוד ואני אניע את האדמה." עטלפי בייסבול, מסורים, מריצות ומוטים הם כל סוגי המנופים.

גלגל הוא מכשיר עגול המחובר למוט קשיח במרכזו. כוח המופעל על הגלגל גורם לסיבוב של הציר, וניתן להשתמש בו כדי להגדיל את הכוח (על ידי למשל רוח רוח של חבל סביב הציר). לחילופין, כוח המופעל על מנת לספק סיבוב על הציר מתרגם לסיבוב של הגלגל. ניתן לראות בו סוג של מנוף המסתובב סביב נקודת המשען המרכזית. שילוב ההגה והציר הקדום ביותר הידוע היה דגם צעצוע של עגלה עם ארבע גלגלים תוצרת מסופוטמיה בערך 3500 לפני הספירה.

מישור נוטה הוא משטח מטוס שנקבע בזווית למשטח אחר. התוצאה היא ביצוע אותה עבודה באותה מידה על ידי הפעלת הכוח למרחק רב יותר. המטוס המשופע ביותר הוא נוטה; זה דורש פחות כוח כדי לעלות לרמפה לגובה גבוה יותר מאשר לטפס לגובה זה אנכית. איש לא המציא את המטוס המשופע מכיוון שהוא מופיע באופן טבעי בטבע, אך אנשים השתמשו ברמפות כדי לבנות מבנים גדולים (אדריכלות מונומנטלית) עד 10,000–8,500 לפני הספירה. "שיווי המשקל במטוס" של ארכימדס מתאר את מרכזי הכובד של דמויות מישור גאומטריות שונות.

טריז נחשב לרוב למישור נוטה כפול - שני הצדדים נוטים - שזז להפעיל כוח לאורך הצדדים. הכוח בניצב למשטחים המשופעים, כך שהוא מרחיק שני עצמים (או חלקים של עצם בודד) זה מזה. צירים, סכינים וספסלים הם כולם טריזים. "טריז הדלת" הנפוץ משתמש בכוח על המשטחים כדי לספק חיכוך, במקום דברים נפרדים, אך הוא עדיין ביסודו טריז. טריז הוא המכונה הפשוטה העתיקה ביותר, המיוצרת על ידי אבותינו הומו ארקטוס לפחות לפני 1.2 מיליון שנה להכין כלי אבן.

בורג הוא פיר שיש לו חריץ נוטה על פני השטח שלו. על ידי סיבוב הבורג (הפעלת א מומנט), הכוח מופעל בניצב לחריץ ובכך מתרגם כוח סיבוב לכוח ליניארי. הוא משמש לעתים קרובות להידוק חפצים יחד (כפי שעושה בורג ובורג החומרה). הבבלים במסופוטמיה פיתחו את הבורג במאה ה -7 לפנה"ס, כדי להעלות מים מגוף שוכב נמוך לגוף גבוה יותר (להשקות גן מנהר). מכונה זו תקרא לימים בורג של ארכימדס.

גלגלת היא גלגל עם חריץ לאורך קצהו, שם ניתן למקם חבל או כבל. הוא משתמש בעקרון של הפעלת כוח על פני מרחק רב יותר, וגם במתח בחבל או בכבל, כדי להפחית את גודל הכוח הדרוש. ניתן להשתמש במערכות מורכבות של גלגלות כדי להפחית במידה ניכרת את הכוח שיש להפעיל תחילה בכדי להזיז עצם. גלגלים פשוטים שימשו את הבבלים במאה ה- 7 לפני הספירה; הקומפלקס הראשון (עם מספר גלגלים) הומצא על ידי היוונים כ -400 לפני הספירה. ארכימדס שיכלל את הטכנולוגיה הקיימת והפך את החסימה וההתמודדות הראשונה למלואה.

השימוש הראשון במילה "מכונה" ("מכינה") ביוונית היה על ידי המשורר היווני הקדום הומר במאה ה- 8 לפני הספירה, שהשתמש בה כדי להתייחס למניפולציה פוליטית. מחזאי המחזאי היווני איישילוס (523–426 לפנה"ס) משתמש במילה בהתייחס למכונות תיאטרליות כמו "deus ex machina"או" אל ממכונה. "המכונה הזו הייתה מנוף שהעלה שחקנים שמשחקים אלים על הבמה.

• באוטיסטה פז, אמיליו ואח '. "היסטוריה מאוירת קצרה של מכונות ומנגנונים." דורדרכט, גרמניה: שפרינגר, 2010. הדפס.
• ססקרלי, מרקו. "תרומות ארכימדס למכניקה ועיצוב מנגנונים." מכניזם ותורת המכונות 72 (2014): 86–93. הדפס.
• צ'ונדרוס, תומאס ג. "ארכימדס עובד ומכונות חיים." מכניזם ותורת המכונות 45.11 (2010): 1766–75. הדפס.
• פיסאנו, רפאלה ודנילו קפצ'י. "על שורשים ארכימדיים במכניקה של טוריסלי." גאון הארכימדים: 23 מאות שנות השפעה על מתמטיקה, מדע והנדסה. קצוות. פיפטיס, סטפנס א. ומרקו סצ'ארלי. הליכים של ועידה בינלאומית שהתקיימה בסירקוזה, איטליה, 8-10 ביוני, 2010. דורדרכט, גרמניה: שפרינגר, 2010. 17–28. הדפס.
• ווטרס, שון וג'ורג 'א. אגדיס. "מעל 2000 שנה בסקירה: תחיית בורג ארכימדס מהמשאבה לטורבינה." ביקורות אנרגיה מתחדשת ובת קיימא 51 (2015): 497–505. הדפס.