Yksinkertaiset koneet tarjoavat mekaanisia etuja. Yksinkertaisesti sanottuna yksinkertaiset koneet helpottavat työtä lisäämällä tietyllä vaivalla tehdyn työn määrää tai vähentämällä saman työn tekemiseen tarvittavaa työtä. Työ määritelmän mukaan on yhtä suuri kuin voima ja etäisyys. Vipuksi kutsuttu yksinkertainen kone on saatavana kolmessa muunnelmassa, joista kukin suorittaa työtä lisäämällä kohdistetun voiman tehokkuutta.
TL; DR (liian pitkä; Ei lukenut)
Esimerkkejä vipuista jokapäiväisessä elämässä ovat hampaiden kääntimet, kottikärryt, sakset, pihdit, pullo avaajat, mopit, luudat, lapiot, pähkinänsärkijät ja urheiluvälineet, kuten baseball-lepakot, golfmailat ja jääkiekko tikkuja. Jopa kätesi voi toimia vipuna.
Työ, voima ja etäisyys
Vipujen tekemä työ muuttaa yleensä kohdistetun voiman suuntaa, kohdistetun voiman tuottamaa etäisyyttä ja nopeutta tai käytetyn voiman tehoa. Vivut käyttävät tankoa siirtääkseen voiman (kohdistetun voiman) tukipisteen (kohdennetun pisteen) läpi kuormitukseen tai vastukseen. Näiden kolmen vivun osan suhteelliset sijainnit määräävätkö, onko vipu a ensiluokkainen tai ensiluokkainen vipu, toisen luokan tai toisen asteen vipu tai kolmannen luokan vipu kolmannen asteen vipu.
Ensiluokkaiset vivut
Ensimmäisen luokan vipuilla on kohdistettu voima tukipisteen toisella puolella ja kuormitus tai vastus tukipisteen toisella puolella. Tukipisteen siirtäminen lähemmäksi kuormituksen päätä lisää voiman tehoa vaivapäästä. Tämäntyyppiset vivut voivat olla helpoimmin tunnistettavissa olevat vivut.
Toisen luokan vivut
Toisen luokan (tai toisen asteen) vipuilla on voimaa vivun toisessa päässä ja tukipiste vivun toisella puolella. Kuormitus tai vastus on tukipisteen ja käytetyn voiman välissä.
Kolmannen luokan vivut
Kolmannen luokan vipujen kuormitus on vivun toisessa päässä ja tukipiste vivun toisessa päässä. Käytetty voima tapahtuu kuorman ja tukipisteen välillä.
Kymmenen tyyppistä vipua
Ensimmäinen = luokan vivun esimerkit
Kiila tai teeter-totter voi olla yleisimmin tunnustettu ensimmäisen asteen vipu. Ratsastajan toisessa päässä oleva ratsastajan alaspäin kohdistama voima kääntyy tukipisteen poikki nostaakseen ratsastajaa toisesta päästä. Tukipisteen siirtäminen lähemmäksi suurempaa ratsastajaa parantaa pienemmän ratsastajan voiman tehokkuutta.
Sakset ovat toinen yleinen ensimmäisen asteen vipu. Kahvat käyttävät voimaa tai vaivaa, molemmat puolet yhdistävä ruuvi muodostaa tukipisteen ja teriin siirretty voima sallii saksien leikkaamisen.
Kuten sakset, pihdit toimivat ensimmäisen asteen vipuna käyttämällä voimaa kahvoihin. Saranoitu keskiosa toimii tukipisteenä, ja kuorma tai vastus tapahtuu pihtien hampaiden välissä.
Esimerkkejä toisen luokan vivusta
Kottikärryt ovat esimerkkejä toisen asteen vipuista. Pyörä toimii tukipisteenä. Käytetty voima tapahtuu kahvoissa. Kuormitus on tietysti voiman ja tukipisteen välillä.
Klassinen kädessä pidettävä pähkinänsärkijä on myös toisen asteen vipu. Saranoitu pää toimii tukipisteenä. Kahvojen päihin kohdistettu voima halkaisee välissä olevan mutterin (kuorman).
Kädessä pidettävä pullonavaaja toimii toisen asteen vipuna. Voima kohdistetaan avaimen toiseen päähän pyrittäessä voittamaan pullonkorkin vastus. Tukipiste on avaimen päässä, joka lepää pullon korkilla.
Esimerkkejä kolmannen luokan vivusta
Kolmannen asteen vivut sisältävät monenlaisia urheiluvälineitä, kuten baseball-lepakot, golfmailat ja jääkiekkomailat. Pidät näitä molemmilla käsilläsi, mutta toinen vain pitää tavaraa, kun taas toinen käyttää enemmän voimaa. Joten kaikilla näillä kolmella esimerkillä on tukipiste toisessa päässä, jossa toinen kädistäsi pitää vipua (tarkoittaen keppiä, keppiä ja niin edelleen). Käytetty voima tapahtuu tukipisteen lähellä, jossa toinen kätesi käyttää vaivaa niin, että voima siirtää kohteen vastakkaista päätä siirtäen voiman pesäpalloon, golfpalloon tai jääkiekkopyörään.
Omenan nostaminen käyttää kolmannen asteen vipua - kätesi! Kyynärpää toimii tukipisteenä, kohdistettu voima tulee lihaksista ja omena tai kuorma nostetaan.
Lapio toimii kolmannen asteen vipuna. Jääkiekkomailan tapaan päätä lähinnä oleva käsi toimii tukipisteenä, toinen käsi antaa vaivaa ja lapion pää nostaa ja siirtää kuormaa.
Luudat ja mopit toimivat myös kolmannen asteen vipuna. Yläosa toimii tukipisteenä, alaosa antaa voiman ja luuta tai mopin pää työntää lian ja lattian vastustusta vastaan.