Ačkoli si můžete stroj představit jako složitý systém převodů, hnacích řemenů a motoru, definice, kterou fyzici používají, je mnohem jednodušší. Stroj je jednoduše zařízení, které funguje, a existuje pouze šest různých typů jednoduchých strojů. Zahrnují páku, řemenici, kolo a nápravu, šroub, klín a nakloněnou rovinu. Schopnost stroje pracovat je závislá na dvou charakteristikách: jeho mechanické výhodě a jeho účinnosti. Existují dva typy mechanické výhody. Ideální mechanická mechanická výhoda předpokládá dokonalou účinnost, která nezohledňuje tření, zatímco skutečná mechanická výhoda ano.
TL; DR (příliš dlouhý; Nečetl)
AMA jednoduchého stroje je poměr výkonu k vstupním silám. IMA je poměr vstupní vzdálenosti k výstupní vzdálenosti.
Skutečná mechanická výhoda
Jakýkoli typ stroje přenáší mechanickou energii a měřítkem jeho užitečnosti je poměr výstupní síly (FÓ) na vstupní sílu (FJá). Tento poměr je skutečnou mechanickou výhodou:
AMA = \ frac {F_O} {F_I}
Pokud je tento poměr jeden, mechanický stroj ve skutečnosti neusnadňuje práci, ale může přenášet energii jiným směrem. Příkladem takového stroje je šnekový převod. Většina strojů má AMA větší než jeden.
Ideální mechanická výhoda
Protože k překonání tření je zapotřebí určité množství vstupní síly a toto množství není známo, může být obtížné měřit skutečnou mechanickou výhodu. Ideální mechanickou výhodou je na druhé straně jednoduše poměr vstupní vzdálenostiDJána výstupní vzdálenostDÓ.
IMA = \ frac {D_I} {D_O}
Aby byla práce pro uživatele jednodušší, měla by být vstupní vzdálenost větší než výstupní vzdálenost, takže tento poměr je obvykle větší než jedna. Je také větší než AMA, protože nebere v úvahu třecí síly, které brání pohybu.
IMA šesti typů strojů
Všechny skutečné stroje jsou kombinací šesti jednoduchých strojů a způsob výpočtu IMA se u každého liší.
Páka: Umístění otočného bodu určuje IMA pro páku. U prvotřídní páky je otočný bod pod pákou a nachází se ve vzdálenostiDJáaDÓze vstupního a výstupního konce. Ideální mechanická mechanická výhoda je tedy:
IMA = \ frac {D_I} {D_O}
Kolo a Axel: Se dvěma soustřednými koly, která se používají ve spojení, získáte mechanickou výhodu působením síly na větší a připojením břemene k menšímu. IMA pro toto uspořádání je poměr poloměru většího kolaRk tomu menšímur:
IMA = \ frac {R} {r}
Nakloněná rovina:Mechanická výhoda nakloněné roviny se zvyšuje se snižováním sklonu, ale i když je k jejímu tlačení zapotřebí menší síla, zvětšuje se vzdálenost, kterou musíte tlačit. Zatlačte náklad na vzdálenostLpodél svahu a zvedněte jej do výškyh, a ideální mechanická výhoda je:
IMA = \ frac {L} {h}
Klín: Stejně jako v nakloněné rovině se síla potřebná k jeho zatlačení pod zátěží zvyšuje se sklonem, ale vzdálenost, kterou musí klín projítLk oddělení ploch, vzdálenostitzvyšuje:
IMA = \ frac {L} {t}
Šroub: Šroub je jen kruhová nakloněná rovina. Při každém otočení šroubu jej otočíte o vzdálenost rovnou obvodu, abyste jej posunuli o vzdálenostPdo povrchu, do kterého proniká. Pokud je průměr hřídele šroubud,mechanická výhoda je:
IMA = \ frac {2 \ pi d} {P}
Kladka: Mechanická výhoda kladkového systému závisí pouze na počtu lan, která má. Pokud je toto čísloN, pak
IMA = N
IMA = N