JEDNOSTAVNI STROJEVI: POVIJEST, KARAKTERISTIKE, VRSTE, PRIMJERI - TEHNOLOGIJA - 2026

Na jednostavni strojevi su mehanički uređaji koji mijenjaju veličinu ili smjera sile. Oni se općenito mogu definirati kao uređaj s golom kosti koji koristi mehaničku prednost, također nazvanu poluga, za povećanje sile.

Kroz povijest ljudi su razvijali razne uređaje koji olakšavaju rad. Najvažnije su poznate kao šest vrsta jednostavnih strojeva: poluga, kotač i osovina, remenica, nagnuta ravnina, klin i vijak.

Izvor: John Mills

Kad čujete riječ stroj, pomislite na nešto poput bagera ili parnog stroja. Međutim, u znanosti je stroj sve što čini silu većom.

Stroj može povećati količinu proizvedene sile, po trošku proporcionalnog smanjenja udaljenosti koju prođe opterećenje. Mehanička prednost naziva se odnosom proizvedene sile i primijenjene sile.

Jednostavan stroj koristi jednu primijenjenu silu koja djeluje protiv jedne sile opterećenja. Zanemarujući gubitke zbog trenja, rad koji se vrši na opterećenju jednak je radu koji se izvrši primijenjenom silom.

Elementarni blokovi

Jednostavni strojevi su posvuda, svakodnevno se koriste za obavljanje jednostavnih zadataka. Koriste se i od najranijih dana ljudskog postojanja.

Jednostavni strojevi mogu se smatrati osnovnim blokovima od kojih su sastavljeni svi složeniji strojevi, koji se nazivaju složeni strojevi.

Na primjer, u mehanizmu bicikla koriste se remenice, poluge i kotači. Mehanička prednost složenih strojeva nije ništa drugo do rezultat mehaničkih prednosti jednostavnih strojeva koji ih čine.

Međutim, iako se i dalje smatraju vrlo važnima u mehanici i primijenjenoj znanosti, moderna mehanika nadmašila je tu viziju jednostavnih strojeva kao elementarnih blokova od kojih su svi strojevi sastavljeni.

Povijest

Početne ideje

Oko 3. stoljeća prije Krista. C. je nastala ideja o jednostavnom stroju, s grčkim filozofom Arhimedom, koji je proučavao sljedeće jednostavne strojeve: polugu, remenicu i vijak.

Otkrio je u poluzi princip mehaničke prednosti. Njegov poznati komentar u vezi s polugom: "Dajte mi mjesto da se nagnem i ja ću pomaknuti Zemlju" izražava svoje razumijevanje da nema ograničenja povećanja sile koja se može postići uporabom mehaničkih prednosti.

Kasniji grčki filozofi definirali su pet klasičnih jednostavnih strojeva i mogli su izračunati mehaničku prednost koju su imali.

Primjerice, u svom djelu Mehanika Heron iz Aleksandrije (10-75. AD) navodi pet uređaja koji mogu podesiti opterećenje: remenica, kotač i osovina, poluga, vijak i klin, detaljno govoreći o njihovoj proizvodnji i uporabi.

Međutim, znanje Grka bilo je ograničeno na statiku jednostavnih strojeva (ravnoteža snaga), ne uključujući dinamiku, koncept rada ili kompromisa između sile i udaljenosti.

Razdoblje renesanse

Dinamika mehaničkih sila, kako su se nazivali jednostavni strojevi, počela se proučavati tijekom renesanse, iz perspektive koliko se tereta može podići, osim sile koja se može primijeniti, što je na kraju dovelo do novog koncepta mehanički rad.

Mehaničku prednost nagnute ravnine utvrdio je flamanski inženjer Simon Stevin 1586. godine. Uključena je zajedno s ostalim jednostavnim strojevima.

Talijanski znanstvenik Galileo Galilei razradio je 1600. godine kompletnu dinamičku teoriju jednostavnih strojeva, u svom djelu Le Meccaniche, gdje je otkrio osnovnu matematičku sličnost kao pojačala sile tih strojeva. Bio je prvi koji je objasnio da jednostavni strojevi ne stvaraju energiju, već je samo transformiraju.

Leonardo da Vinci otkrio je klasična pravila trenja klizanja u strojevima, ali ona nisu objavljena ili dokumentirana u njegovom primjeru. 1699. Guillaume Amontons ponovno je otkrio ta pravila, a 1785. razvio ih je Charles-Augustin de Coulomb.

karakteristike

Jednostavni strojevi su uređaji bez ili malo pokretnih dijelova, koji olakšavaju rad. Glavna funkcija jednostavnog stroja je pojačavanje sile ili izmjena pokreta.

Kretanje i sila

Kretanje i sila u jednostavnom stroju su nerazdvojni. Uvijek su u obrnutom odnosu.

Sila proizvedena pomoću poluge veća je od sile koja se na nju primjenjuje, ali proizvedeni pokret je manji od primijenjenog pokreta. Odnosno, dobitak snage prati gubitak u kretanju.

Posao

U mehanici je rad nešto što sile rade kada se kreću u smjeru u kojem djeluju. Odnosno, kada se primijeni sila za prijelaz udaljenosti, nastaje rad. To se matematički izražava kao: rad = sila × udaljenost.

Na primjer, da biste podigli predmet, mora se raditi više od sile gravitacije i na taj način biti u mogućnosti pomicati objekt prema gore.

Da biste predmet podigli dvostruko teže, potrebno je dvostruko više rada da ga podignete na istu udaljenost. Također bi bilo potrebno dvostruko više rada da se isti predmet podigne dvostruko više.

Ovaj koncept rada je temeljni za definiranje mehaničke funkcije u jednostavnim strojevima u smislu sile i pokreta, ističući nerazdvojnost sile i pokreta.

Mehanička prednost

To je odnos između sile koja obavlja rad s obzirom na primijenjenu silu. Stoga je učinkovitost pojačanja sile jednostavan stroj.

Mehanička prednost jednostavnih strojeva znači da se za pomicanje predmeta može koristiti manje sile, ali ga je potrebno premjestiti na veću udaljenost.

Često se smatra da je zadatak težak jer zahtijeva mnogo sile. Korištenje kompromisa između udaljenosti i sile može znatno olakšati zadatak.

Primjer je guranje teškog predmeta niz rampu. Lakše je gurnuti predmet niz rampu nego podići ga na odgovarajuću visinu, ali mora se nositi na većoj udaljenosti.

Za što su jednostavni strojevi?

Jednostavni strojevi olakšavaju rad obavljanjem jedne ili više sljedećih funkcija:

- Prebacite silu s jednog mjesta na drugo.

- Promijenite smjer sile.

- Povećajte jačinu sile.

- Povećajte udaljenost sile.

Iako jednostavni strojevi imaju mnogo različitih oblika, dolaze u šest osnovnih vrsta:

- Klin: uređaj za odvajanje stvari.

- Kotač i osovina: koriste se za smanjenje trenja i kao multiplikator sile.

- Poluga: pomiče se oko okvira radi povećanja ili smanjenja mehaničkih prednosti.

- Nagnuta ravnina: podići predmete prilikom penjanja na padinu.

- vijak: uređaj koji može podizati ili držati predmete zajedno.

- remenica: mijenja smjer sile.

Povećajte primijenjenu silu

Jednostavni strojevi pomažu ljudima da povećaju silu koja se primjenjuje na predmet. Oni pružaju mehaničku prednost za pomoć pri pomicanju objekata.

Kao što radna formula kaže, glavna prednost jednostavnih strojeva je omogućavanje obavljanja iste količine rada primjenom manje sile na većoj udaljenosti.

Na primjer, želite podići objekt težak 10 kilograma 2 metra s tla. 10 kg sile može se izvesti na objekt u smjeru prema gore, u razmaku od 2 metra, čineći tako 20 Newtonova posla.

Ako biste koristili ručicu od 3 metra, stavite predmet na jedan kraj i postavili temeljni otvor od 10 cm ispod šipke na udaljenosti od 1 metra od objekta, a da biste ga podigli, morat ćete gurnuti dolje s druge strane snage od samo 5 kilograma.

No, kraj poluge morao bi se gurnuti prema dolje 4 metra da bi se objekt podigao samo 2 metra.

Postoji kompromis. Spuštanje poluge udvostručuje prethodnu udaljenost, ali smanjuje silu potrebnu za polovicu, radeći istu količinu posla.

vrste

Poluga

To je vrsta krute šipke koja ima fiksni temelj kao točka nosača. Sastoji se od tereta, koji je predmet koji se treba pomicati ili podizati, oslonca, koji je okret, i napora, što je sila potrebna za pomicanje ili podizanje tereta.

Primjena sile na jedan kraj poluge stvara veću snagu na drugom kraju. Primijenjena sila će se povećavati ili smanjivati ​​ovisno o udaljenosti od oslonca do opterećenja i naprezanja.

Kotač i osovina

Sastoji se od kotača pričvršćenog na manju osovinu, tako da se ta dva dijela rotiraju zajedno, pri čemu se sila prenosi s jedne na drugu. Šarka podržava osovinu, omogućava rotaciju.

Olakšava rad pokretnih predmeta na daljinu. Kotač, koji je okrugli kraj, okreće se cilindričnom osi, izazivajući kretanje.

Također može pojačati silu. Mala sila primijenjena na obim velikog kotača može pomicati veće opterećenje pričvršćeno na osovinu.

kotur

Dizajniran je da podrži kretanje i promjenu smjera napetog užeta. Konop se omota oko kotača. Kako se kotač okreće, konop se kreće u bilo kojem smjeru.

Ako je udica povezana s konopom, rotacija kotača može se koristiti za podizanje i spuštanje predmeta, što olakšava rad.

Nagnuta ravnina

Ravna je površina, s jednim krajem višim od drugog, koja se koristi kao potpora za podizanje ili spuštanje tereta. Oni se široko koriste za premještanje teških tereta preko vertikalnih prepreka.

Za pomicanje predmeta prema nagnutoj ravnini potrebna je manja sila nego izravno podizanje uz cijenu povećanog prijeđenog puta.

Mehanička prednost nagnute ravnine jednaka je omjeru duljine nagnute površine prema visini koju pokriva.

Kolijevka

To je alat trokutastog oblika. Može se koristiti za odvajanje dva objekta, uklanjanje komada predmeta, podizanje ili držanje predmeta na mjestu.

Djeluje pretvaranjem sile koja se primjenjuje na njezin tupi kraj u sile okomite na njegovu nagnutu površinu.

Mehanička prednost daje odnos između duljine nagiba i širine.

Vijak

To je mehanizam koji pretvara rotacijski pokret u linearno kretanje, a rotacijska sila (zakretni moment) u linearnu silu. Vijak je doista druga vrsta nagnute ravnine.

Njegov najčešći oblik sastoji se od cilindričnog vratila s spiralnim utorima koji se nazivaju navojima.

Vijak prolazi kroz rupu u drugom predmetu ili mediju s unutarnjim navojima koji se spajaju s navojima.

Primjeri

poluge

Neki primjeri ručica su ručke na vratima, kandže na čekiću za uklanjanje noktiju, željezne poluge, prekidači za svjetlo, otvarači za boce i šarke.

Izvor: pixabay.com

Kotači i osovine

Nalaze ih tamo gdje se stvari vrte u krugu, poput električnog ventilatora, motora, okretnih vrata, kotača i bilo kotača, bilo u automobilu, skejtbordu ili biciklu.

Izvor: pixabay.com

koloturnici

Koriste se za zavjese i sjenila za pomicanje gore-dolje ili naprijed i natrag.

Oni mogu nešto podići sa zemlje, poput zastave na motki. Konop se povlači dolje, ali zastava se diže.

Također se koriste u industriji za podizanje i spuštanje teških tereta, na brodovima za podizanje i spuštanje jedra ili u dizalicama za pokretnu građevinsku opremu.

Dizala koriste i remenice za pomicanje automobila dolje i gore s poda na kat.

Izvor: pixabay.com

Nagnute ravnine

Koriste se u parkovima skutera, rampi za invalidska kolica i za premještanje teške opreme unutar i izvan stražnjih kamiona.

Izmijenjene verzije rampe nalaze se na stepenicama, pokretnim stepenicama, pješačkim stazama, pa čak i na toboganima koji se koriste za odbacivanje pošte u poštanski sandučić, sve do vlaka koji se spušta niz padinu.

Izvor: pexels.com

Kolijevka

Neki primjeri klinova koji se koriste za razdvajanje mogu biti lopata, nož, sjekira, pikapica, pila, škare ili šipka za led.

Klinovi također mogu držati stvari zajedno, kao što je to slučaj sa spajalicom, pribadačama, šipkama, čavlima ili vratima.

Izvor: pixabay.com

Vijak

Neki primjeri su na bušilici, poklopcu staklenke, žarulji, vijaku, kapicama za boce, slavinama i olovkama.

Druga upotreba vijka je u uređaju koji se naziva vijčana pumpa. To je ogromna hidraulička mašina u obliku vijka koja ide u vodu. Kad se okreće, zahvaljujući svom vijčanom obliku, voda se uspinje zakrivljenom osovinom, dižući se tamo gdje je potrebno. Vijčane pumpe često se koriste za navodnjavanje i u poljoprivrednim okruženjima kao što su farme.

Izvor: pixabay.com

Reference

1. Wikipedija, besplatna enciklopedija (2019). Jednostavan stroj. Preuzeto sa: en.wikipedia.org.
2. Javna televizija Idaho (2019.). Jednostavni strojevi: činjenice. Preuzeto sa: idahoptv.org.
3. Jim Lucas (2018). 6 jednostavnih strojeva: lakši rad. Znanost uživo. Preuzeto sa: lifecience.com.
4. Teach Engineering (2019). Inženjering: Jednostavni strojevi. Preuzeto sa: teachengineering.org.
5. Za učitelje za studente (2019.). Što su jednostavni strojevi? Preuzeto sa: forteachersforstudents.com.au.
6. Vlada države Victoria (2019.). Jednostavni strojevi. Preuzeto iz: education.vic.gov.au.
7. Vex IQ (2019). Šest vrsta jednostavnih strojeva. Preuzeto sa: vexrobotics.com.