Obwohl man sich eine Maschine als ein komplexes System aus Getrieben, Antriebsriemen und einem Motor vorstellen könnte, ist die Definition, die Physiker verwenden, viel einfacher. Eine Maschine ist einfach ein Gerät, das funktioniert, und es gibt nur sechs verschiedene Arten von einfachen Maschinen. Dazu gehören der Hebel, die Riemenscheibe, das Rad und die Achse, die Schraube, der Keil und die schiefe Ebene. Die Arbeitsfähigkeit der Maschine hängt von zwei Eigenschaften ab: ihrem mechanischen Vorteil und ihrer Effizienz. Es gibt zwei Arten von mechanischen Vorteilen. Der ideale mechanische mechanische Vorteil setzt einen perfekten Wirkungsgrad voraus, der Reibung nicht berücksichtigt, während der tatsächliche mechanische Vorteil dies tut.
TL; DR (zu lang; nicht gelesen)
Die AMA einer einfachen Maschine ist das Verhältnis von Ausgangs- zu Eingangskräften. Die IMA ist das Verhältnis von Eingabedistanz zu Ausgabedistanz.
Tatsächlicher mechanischer Vorteil
Jede Art von Maschine überträgt mechanische Energie, und ein Maß für ihre Nützlichkeit ist das Verhältnis der Ausgangskraft (F
Ö) zur Eingangskraft (Fich). Dieses Verhältnis ist der eigentliche mechanische Vorteil:AMA=\frac{F_O}{F_I}
Wenn dieses Verhältnis eins ist, erleichtert die mechanische Maschine die Arbeit nicht wirklich, aber sie kann die Energie in eine andere Richtung übertragen. Ein Beispiel für eine solche Maschine ist ein Schneckengetriebe. Die meisten Maschinen haben eine AMA größer als eins.
Idealer mechanischer Vorteil
Da zur Überwindung der Reibung ein bestimmter Betrag der Eingangskraft erforderlich ist und dieser Betrag unbekannt ist, kann es schwierig sein, den tatsächlichen mechanischen Vorteil zu messen. Der ideale mechanische Vorteil hingegen ist einfach das Verhältnis des EingangsabstandsDichzum AusgangsabstandDÖ.
IMA=\frac{D_I}{D_O}
Um dem Benutzer die Arbeit zu erleichtern, sollte der Eingabeabstand größer als der Ausgabeabstand sein, daher ist dieses Verhältnis in der Regel größer als eins. Es ist auch größer als das AMA, weil es Reibungskräfte, die der Bewegung entgegenwirken, nicht berücksichtigt.
IMA der sechs Maschinentypen
Alle realen Maschinen sind eine Kombination der sechs einfachen Maschinen, und die Methode zur Berechnung von IMA variiert für jede.
Hebel: Die Platzierung des Drehpunkts bestimmt die IMA für einen Hebel. Bei einem erstklassigen Hebel befindet sich der Drehpunkt unter dem Hebel und die EntfernungenDichundDÖvon den Eingangs- bzw. Ausgangsenden. Der ideale mechanisch-mechanische Vorteil ist somit:
IMA=\frac{D_I}{D_O}
Rad und Axel: Bei zwei konzentrischen Rädern, wie sie zusammen verwendet werden, erhalten Sie einen mechanischen Vorteil, indem Sie Kraft auf das größere ausüben und eine Last mit dem kleineren verbinden. Die IMA für diese Anordnung ist das Verhältnis des Radius des größeren RadesRzu dem des kleinerenr:
IMA=\frac{R}{r}
Schiefe Ebene:Der mechanische Vorteil einer schiefen Ebene nimmt mit abnehmender Neigung zu, aber obwohl zum Schieben eine geringere Kraft erforderlich ist, nimmt der zum Schieben benötigte Abstand zu. Schieben Sie die Last ein Stück weitLam Hang entlang, um es auf eine Höhe zu bringenha, und der ideale mechanische Vorteil ist:
IMA=\frac{L}{h}
Keil: Wie bei einer schiefen Ebene nimmt die Kraft, die erforderlich ist, um sie unter Last zu drücken, mit der Neigung zu, aber der Weg, den der Keil zurücklegen mussLum die Flächen zu trennen, der Abstandtsteigt:
IMA=\frac{L}{t}
Schraube: Eine Schraube ist nur eine kreisförmige schiefe Ebene. Mit jeder Umdrehung der Schraube drehen Sie sie um eine Strecke, die dem Umfang entspricht, um sie eine Strecke zu verschiebenPin die Oberfläche dringt es ein. Wenn der Durchmesser der Schraubenwelled,der mechanische Vorteil ist:
IMA=\frac{2\pi d}{P}
Rolle: Der mechanische Vorteil eines Flaschenzugsystems hängt nur von der Anzahl der Seile ab, die es hat. Wenn diese Zahl istNein, dann
IMA=N
IMA = N