Αν και μπορείτε να σκεφτείτε ένα μηχάνημα ως ένα πολύπλοκο σύστημα γραναζιών, ιμάντων κίνησης και κινητήρα, ο ορισμός που χρησιμοποιούν οι φυσικοί είναι πολύ πιο απλός. Ένα μηχάνημα είναι απλώς μια συσκευή που λειτουργεί και υπάρχουν μόνο έξι διαφορετικοί τύποι απλών μηχανών. Περιλαμβάνουν το μοχλό, την τροχαλία, τον τροχό και τον άξονα, τη βίδα, τη σφήνα και το κεκλιμένο επίπεδο. Η ικανότητα του μηχανήματος να εργάζεται εξαρτάται από δύο χαρακτηριστικά: το μηχανικό του πλεονέκτημα και την αποδοτικότητά του. Υπάρχουν δύο τύποι μηχανικού πλεονεκτήματος. Το ιδανικό μηχανικό μηχανικό πλεονέκτημα αποκτά τέλεια απόδοση που δεν αντιστοιχεί σε τριβή, ενώ το πραγματικό μηχανικό πλεονέκτημα.
TL; DR (Πάρα πολύ καιρό; Δεν διαβάστηκε)
Το AMA ενός απλού μηχανήματος είναι ο λόγος εξόδου προς τις δυνάμεις εισόδου. Το IMA είναι ο λόγος της απόστασης εισόδου προς την απόσταση εξόδου.
Πραγματικό μηχανικό πλεονέκτημα
Οποιοσδήποτε τύπος μηχανής μεταδίδει μηχανική ενέργεια και ένα μέτρο της χρησιμότητάς του είναι ο λόγος της δύναμης εξόδου (F
AMA = \ frac {F_O} {F_I}
Εάν αυτός ο λόγος είναι ένας, η μηχανική μηχανή δεν διευκολύνει πραγματικά την εκτέλεση μιας εργασίας, αλλά μπορεί να μεταδώσει την ενέργεια σε διαφορετική κατεύθυνση. Ένα εργαλείο μετάδοσης σκουληκιών είναι ένα παράδειγμα μιας τέτοιας μηχανής. Τα περισσότερα μηχανήματα έχουν AMA μεγαλύτερο από ένα.
Ιδανικό μηχανικό πλεονέκτημα
Επειδή απαιτείται ορισμένη ποσότητα δύναμης εισόδου για να ξεπεραστεί η τριβή και αυτή η ποσότητα είναι άγνωστη, μπορεί να είναι δύσκολο να μετρηθεί το πραγματικό μηχανικό πλεονέκτημα. Το ιδανικό μηχανικό πλεονέκτημα, από την άλλη πλευρά, είναι απλώς ο λόγος της απόστασης εισόδουρεΕγώστην απόσταση εξόδουρεΟ.
IMA = \ frac {D_I} {D_O}
Για να διευκολυνθεί η εργασία του χρήστη, η απόσταση εισόδου πρέπει να είναι μεγαλύτερη από την απόσταση εξόδου, οπότε αυτός ο λόγος είναι συνήθως μεγαλύτερος από μία. Είναι επίσης μεγαλύτερο από το AMA, επειδή δεν λαμβάνει υπόψη τις δυνάμεις τριβής, οι οποίες αντιτίθενται στην κίνηση.
IMA των έξι τύπων μηχανών
Όλα τα πραγματικά μηχανήματα είναι ένας συνδυασμός των έξι απλών μηχανημάτων και η μέθοδος υπολογισμού του IMA ποικίλλει για κάθε μία.
Μοχλός: Η τοποθέτηση του υποστρώματος καθορίζει το IMA για έναν μοχλό. Σε ένα μοχλό πρώτης κατηγορίας, το υπομόχλιο βρίσκεται κάτω από το μοχλό και βρίσκεται σε απόστασηρεΕγώκαιρεΟαπό την είσοδο και την έξοδο τελειώνει αντίστοιχα. Το ιδανικό μηχανικό μηχανικό πλεονέκτημα είναι έτσι:
IMA = \ frac {D_I} {D_O}
Τροχός και άξονας: Με δύο ομόκεντρους τροχούς, όπως χρησιμοποιούνται σε συνδυασμό, έχετε ένα μηχανικό πλεονέκτημα εφαρμόζοντας δύναμη στο μεγαλύτερο και συνδέοντας ένα φορτίο στο μικρότερο. Το IMA για αυτήν τη διάταξη είναι η αναλογία της ακτίνας του μεγαλύτερου τροχούΡσε αυτό του μικρότερουρ:
IMA = \ frac {R} {r}
Κεκλιμένο αεροπλάνο:Το μηχανικό πλεονέκτημα ενός κεκλιμένου επιπέδου αυξάνεται καθώς μειώνεται η κλίση, αλλά παρόλο που απαιτείται μικρότερη δύναμη για να το σπρώξει, αυξάνεται η απόσταση που πρέπει να ωθήσετε. Ωθήστε το φορτίο σε απόστασημεγάλοκατά μήκος της πλαγιάς για να το ανεβάσει σε ύψοςη, και το ιδανικό μηχανικό πλεονέκτημα είναι:
IMA = \ frac {L} {h}
Σφήνα: Όπως ένα κεκλιμένο επίπεδο, η δύναμη που απαιτείται για να το ωθήσει κάτω από ένα φορτίο αυξάνεται με την κλίση, αλλά η απόσταση που πρέπει να διανύσει η σφήναμεγάλογια να διαχωρίσετε τις επιφάνειες, την απόστασηταυξάνει:
IMA = \ frac {L} {t}
Βίδα: Μια βίδα είναι απλώς ένα κυκλικό κεκλιμένο επίπεδο. Με κάθε στροφή της βίδας, την περιστρέφετε σε απόσταση ίση με την περιφέρεια για να την μετακινήσετε σε απόστασηΠστην επιφάνεια που διεισδύει. Εάν η διάμετρος του άξονα βίδας είναιρε,το μηχανικό πλεονέκτημα είναι:
IMA = \ frac {2 \ pi d} {P}
Τροχαλία: Το μηχανικό πλεονέκτημα ενός συστήματος τροχαλίας εξαρτάται μόνο από τον αριθμό των σχοινιών που διαθέτει. Εάν αυτός ο αριθμός είναιΝ, έπειτα
IMA = Ν
IMA = Ν