Vaikka saatat ajatella konetta monimutkaiseksi vaihteistojärjestelmäksi, vetohihnoiksi ja moottoriksi, fyysikkojen käyttämä määritelmä on paljon yksinkertaisempi. Kone on yksinkertaisesti laite, joka toimii, ja yksinkertaisia koneita on vain kuusi erilaista. Ne sisältävät vivun, hihnapyörän, pyörän ja akselin, ruuvin, kiilan ja kaltevan tason. Koneen kyky tehdä työtä riippuu kahdesta ominaisuudesta: sen mekaanisesta edusta ja tehokkuudesta. Mekaanista etua on kahden tyyppinen. Ihanteellinen mekaaninen mekaaninen etu edellyttää täydellistä tehokkuutta, joka ei ota huomioon kitkaa, kun taas todellinen mekaaninen etu on.
TL; DR (liian pitkä; Ei lukenut)
Yksinkertaisen koneen AMA on lähdön ja syöttövoimien suhde. IMA on tulo- ja lähtöetäisyyden suhde.
Todellinen mekaaninen etu
Kaikentyyppiset koneet välittävät mekaanista energiaa, ja sen hyödyllisyyden mittana on lähtövoiman suhde (FO) syöttövoimaan (FMinä). Tämä suhde on todellinen mekaaninen etu:
AMA = \ frac {F_O} {F_I}
Jos tämä suhde on yksi, mekaaninen kone ei todellakaan helpota työn tekemistä, mutta se voi siirtää energiaa eri suuntaan. Mato-käyttöinen vaihde on esimerkki tällaisesta koneesta. Useimmissa koneissa AMA on suurempi kuin yksi.
Ihanteellinen mekaaninen etu
Koska kitkan voittamiseksi tarvitaan tietty määrä syöttövoimaa ja tätä määrää ei tunneta, todellisen mekaanisen edun mittaaminen voi olla vaikeaa. Ihanteellinen mekaaninen etu on toisaalta yksinkertaisesti syöttöetäisyyden suhdeD.MinälähtöetäisyydelleD.O.
IMA = \ frac {D_I} {D_O}
Työn helpottamiseksi käyttäjän tulee syöttöetäisyyden olla suurempi kuin lähtöetäisyys, joten tämä suhde on yleensä suurempi kuin yksi. Se on myös suurempi kuin AMA, koska se ei ota huomioon liikkeen vastustavia kitkavoimia.
IMA kuudesta konetyypistä
Kaikki todelliset koneet ovat yhdistelmä kuudesta yksinkertaisesta koneesta, ja menetelmä IMA: n laskemiseksi vaihtelee kullekin.
Vipu: Tukipisteen sijoitus määrittää IMA: n vipulle. Ensimmäisen luokan vivussa tukipiste on vivun alla ja etäisyydetD.MinäjaD.Ovastaavasti tulo- ja lähtöpäästä. Ihanteellinen mekaaninen etu on siis:
IMA = \ frac {D_I} {D_O}
Pyörä ja Axel: Kahdella samankeskisellä pyörällä, käytettynä yhdessä, saat mekaanisen edun kohdistamalla voimaa suurempaan ja yhdistämällä kuorman pienempään. Tämän järjestelyn IMA on suuremman pyörän säteen suhdeRpienempäänr:
IMA = \ frac {R} {r}
Kalteva taso:Kaltevan tason mekaaninen etu kasvaa, kun kaltevuus pienenee, mutta vaikka sen työntämiseen tarvitaan pienempi voima, työntöetäisyys kasvaa. Työnnä kuorma etäisyydelläLpitkin kaltevuutta nostaaksesi sen korkeuteenh, ja ihanteellinen mekaaninen etu on:
IMA = \ frac {L} {h}
Kiila: Kuten kalteva taso, sen työntämiseen tarvittava voima kuorman alla kasvaa kaltevuuden mukana, mutta kiilan on kuljettava matkaLpintojen erottamiseksi, etäisyystkasvaa:
IMA = \ frac {L} {t}
Ruuvi: Ruuvi on vain pyöreä kalteva taso. Kierrä ruuvia jokaisella kierroksella ympärysmittaa vastaavalla etäisyydellä liikuttaaksesi sitä etäisyydelläPpintaan, johon se tunkeutuu. Jos ruuvin akselin halkaisija ond,mekaaninen etu on:
IMA = \ frac {2 \ pi d} {P}
Talja: Hihnapyöräjärjestelmän mekaaninen etu riippuu vain sen köysien määrästä. Jos tämä numero onNsitten
IMA = N
IMA = N