Sebbene si possa pensare a una macchina come a un complesso sistema di ingranaggi, cinghie di trasmissione e un motore, la definizione utilizzata dai fisici è molto più semplice. Una macchina è semplicemente un dispositivo che funziona e ci sono solo sei diversi tipi di macchine semplici. Comprendono la leva, la puleggia, la ruota e l'asse, la vite, il cuneo e il piano inclinato. La capacità della macchina di lavorare dipende da due caratteristiche: il suo vantaggio meccanico e la sua efficienza. Ci sono due tipi di vantaggio meccanico. Il vantaggio meccanico meccanico ideale presuppone un'efficienza perfetta che non tiene conto dell'attrito, mentre l'effettivo vantaggio meccanico sì.
TL; DR (troppo lungo; non ho letto)
L'AMA di una macchina semplice è il rapporto tra l'output e le forze in ingresso. L'IMA è il rapporto tra la distanza in ingresso e la distanza in uscita.
Vantaggio meccanico effettivo
Qualsiasi tipo di macchina trasmette energia meccanica e una misura della sua utilità è il rapporto tra la forza di uscita (F
AMA=\frac{F_O}{F_I}
Se questo rapporto è uno, la macchina meccanica in realtà non facilita l'esecuzione di un lavoro, ma può trasmettere l'energia in una direzione diversa. Un ingranaggio a vite senza fine è un esempio di tale macchina. La maggior parte delle macchine ha un AMA maggiore di uno.
Vantaggio meccanico ideale
Poiché è necessaria una certa quantità di forza in ingresso per superare l'attrito, e questa quantità è sconosciuta, può essere difficile misurare l'effettivo vantaggio meccanico. Il vantaggio meccanico ideale, d'altra parte, è semplicemente il rapporto tra la distanza di ingressoDioalla distanza di uscitaDoh.
IMA=\frac{D_I}{D_O}
Per rendere il lavoro più facile per l'utente, la distanza di input dovrebbe essere maggiore della distanza di output, quindi questo rapporto è generalmente maggiore di uno. È anche più grande dell'AMA, perché non tiene conto delle forze di attrito, che si oppongono al movimento.
IMA dei sei tipi di macchine
Tutte le macchine reali sono una combinazione delle sei macchine semplici e il metodo per calcolare l'IMA varia per ciascuna.
Leva: Il posizionamento del fulcro determina l'IMA per una leva. In una leva di prima classe, il fulcro è sotto la leva e trova le distanzeDioeDohrispettivamente dalle estremità di ingresso e di uscita. Il vantaggio meccanico meccanico ideale è quindi:
IMA=\frac{D_I}{D_O}
Ruota e Axel: Con due ruote concentriche, come usate insieme, si ottiene un vantaggio meccanico applicando forza a quella più grande e collegando un carico a quella più piccola. L'IMA per questa disposizione è il rapporto tra il raggio della ruota più grandeRa quello del più piccolor:
IMA=\frac{R}{r}
Piano inclinato:Il vantaggio meccanico di un piano inclinato aumenta al diminuire della pendenza, ma anche se è necessaria una forza minore per spingerlo, la distanza necessaria per spingerlo aumenta. Spingere il carico a una distanzallungo il pendio per elevarlo ad un'altezzah, e il vantaggio meccanico ideale è:
IMA=\frac{L}{h}
Cuneo: Come un piano inclinato, la forza necessaria per spingerlo sotto un carico aumenta con la pendenza, ma la distanza che il cuneo deve percorrerelper separare le superfici, la distanzataumenta:
IMA=\frac{L}{t}
Vite: Una vite è solo un piano inclinato circolare. Ad ogni giro della vite, la ruoti di una distanza pari alla circonferenza per spostarla di una distanzaPnella superficie penetra. Se il diametro dell'albero della vite èd,il vantaggio meccanico è:
IMA=\frac{2\pi d}{P}
Puleggia: Il vantaggio meccanico di un sistema di carrucole dipende solo dal numero di funi che possiede. Se quel numero èno, poi
IMA=N
IMA = N