למרות שאתה עשוי לחשוב על מכונה כמערכת מורכבת של הילוכים, רצועות הנעה ומנוע, ההגדרה בה משתמשים הפיזיקאים היא פשוטה בהרבה. מכונה היא פשוט מכשיר שעובד, ויש רק שישה סוגים שונים של מכונות פשוטות. הם כוללים את המנוף, את הגלגלת, את הגלגל והציר, את הבורג, את הטריז ואת המישור הנטוי. יכולתה של המכונה לבצע עבודה תלויה בשני מאפיינים: יתרונה המכני ויעילותה. ישנם שני סוגים של יתרון מכני. היתרון המכני המכני האידיאלי מניח יעילות מושלמת שאינה מתחשבת בחיכוך, בעוד שהיתרון המכני בפועל כן.
TL; DR (ארוך מדי; לא קרא)
ה- AMA של מכונה פשוטה הוא היחס בין התפוקה לכוחות הקלט. ה- IMA הוא היחס בין מרחק הקלט למרחק הפלט.
יתרון מכני בפועל
כל סוג של מכונה משדר אנרגיה מכנית, ומדד התועלת שלה הוא היחס בין כוח המוצא (Fאו) לכוח הקלט (Fאני). יחס זה הוא היתרון המכני בפועל:
AMA = \ frac {F_O} {F_I}
אם יחס זה הוא אחד, המכונה המכנית לא ממש מקלה על ביצוע עבודה, אך היא עשויה להעביר את האנרגיה לכיוון אחר. ציוד כונן תולעת הוא דוגמה למכונה כזו. ברוב המכונות יש AMA גדול מאחת.
יתרון מכני אידיאלי
מכיוון שיש צורך בכמות מסוימת מכוח הקלט כדי להתגבר על החיכוך, וכמות זו אינה ידועה, יכול להיות קשה למדוד את היתרון המכני בפועל. היתרון המכני האידיאלי, לעומת זאת, הוא פשוט היחס בין מרחק הקלט
IMA = \ frac {D_I} {D_O}
כדי להקל על המשתמש את העבודה, מרחק הקלט צריך להיות גדול ממרחק הפלט, ולכן יחס זה בדרך כלל גדול מאחד. זה גם גדול יותר מ- AMA, מכיוון שהוא לא לוקח בחשבון כוחות חיכוך, שמתנגדים לתנועה.
IMA מששת סוגי המכונות
כל המכונות האמיתיות הן שילוב של שש המכונות הפשוטות והשיטה לחישוב IMA משתנה עבור כל אחת מהן.
מָנוֹף: מיקום נקודת המשען קובע את ה- IMA למנוף. במנוף מהשורה הראשונה, נקודת המשען נמצאת מתחת למנוף, וממוקמת מרחקיםדאניודאומקצות הקלט והפלט בהתאמה. היתרון המכני המכני האידיאלי הוא לפיכך:
IMA = \ frac {D_I} {D_O}
גלגל ואקסל: עם שני גלגלים קונצנטריים, כפי שמשתמשים בשילוב, אתה מקבל יתרון מכני על ידי הפעלת כוח על הגדול יותר וחיבור עומס לקטן יותר. ה- IMA עבור סידור זה הוא היחס בין הרדיוס של הגלגל הגדול יותררלזה של הקטנה יותרר:
IMA = \ frac {R} {r}
מישור משופע:היתרון המכני של מישור נוטה עולה ככל שהמדרון פוחת, אך למרות שיש צורך בכוח קטן יותר כדי לדחוף אותו, המרחק הדרוש כדי לדחוף אותו גדל. דחף את העומס למרחקללאורך המדרון כדי להעלות אותו לגובהח, והיתרון המכני האידיאלי הוא:
IMA = \ frac {L} {h}
טריז: כמו מישור נוטה, הכוח הדרוש לדחיפתו תחת עומס גדל עם המדרון, אך המרחק שהטריז צריך לעבורלכדי להפריד בין המשטחים, המרחקtעולה:
IMA = \ frac {L} {t}
לִדפּוֹק: בורג הוא רק מישור נוטה מעגלי. בכל סיבוב של הבורג אתה מסובב אותו מרחק שווה להיקף כדי להזיז אותו למרחקפאל המשטח שהוא חודר. אם קוטר פיר הבורג הואד,היתרון המכני הוא:
IMA = \ frac {2 \ pi d} {P}
גַלגֶלֶת: היתרון המכני של מערכת גלגלות תלוי רק במספר החבלים שיש לה. אם המספר הזה הואנ, לאחר מכן
IMA = N
IMA = N