Hoewel je een machine zou kunnen zien als een complex systeem van tandwielen, aandrijfriemen en een motor, is de definitie die natuurkundigen gebruiken veel eenvoudiger. Een machine is gewoon een apparaat dat werkt, en er zijn maar zes verschillende soorten eenvoudige machines. Ze omvatten de hefboom, de katrol, het wiel en de as, de schroef, de wig en het hellend vlak. Het vermogen van de machine om werk te doen is afhankelijk van twee kenmerken: het mechanische voordeel en de efficiëntie. Er zijn twee soorten mechanisch voordeel. Het ideale mechanische mechanische voordeel veronderstelt een perfecte efficiëntie die geen rekening houdt met wrijving, terwijl het eigenlijke mechanische voordeel dat wel doet.
TL; DR (te lang; niet gelezen)
De AMA van een eenvoudige machine is de verhouding tussen output en inputkrachten. De IMA is de verhouding tussen invoerafstand en uitvoerafstand.
Werkelijk mechanisch voordeel:
Elk type machine zendt mechanische energie uit, en een maatstaf voor het nut ervan is de verhouding van de uitgangskracht (F
AMA=\frac{F_O}{F_I}
Als deze verhouding één is, maakt de mechanische machine het niet echt gemakkelijker om een klus te klaren, maar kan het de energie in een andere richting overbrengen. Een wormwieloverbrenging is een voorbeeld van zo'n machine. De meeste machines hebben een AMA groter dan één.
Ideaal mechanisch voordeel
Omdat een bepaalde hoeveelheid van de invoerkracht nodig is om wrijving te overwinnen, en deze hoeveelheid is onbekend, kan het moeilijk zijn om het werkelijke mechanische voordeel te meten. Het ideale mechanische voordeel daarentegen is gewoon de verhouding van de invoerafstandDiknaar de output afstand:DO.
IMA=\frac{D_I}{D_O}
Om het werk voor de gebruiker gemakkelijker te maken, moet de invoerafstand groter zijn dan de uitvoerafstand, dus deze verhouding is meestal groter dan één. Het is ook groter dan de AMA, omdat het geen rekening houdt met wrijvingskrachten, die beweging tegenwerken.
IMA van de zes soorten machines
Alle echte machines zijn een combinatie van de zes eenvoudige machines, en de methode voor het berekenen van IMA varieert voor elk.
hefboom: De plaatsing van het draaipunt bepaalt de IMA voor een hefboom. In een eersteklas hendel bevindt het draaipunt zich onder de hendel en op afstandenDikenDOvan respectievelijk de invoer- en uitvoeruiteinden. Het ideale mechanische mechanische voordeel is dus:
IMA=\frac{D_I}{D_O}
Wiel en Axel: Met twee concentrische wielen, zoals gebruikt in combinatie, krijgt u een mechanisch voordeel door kracht uit te oefenen op de grotere en een last aan te sluiten op de kleinere. De IMA voor deze opstelling is de verhouding van de straal van het grotere wielRnaar die van de kleinerer:
IMA=\frac{R}{r}
Hellend vlak:Het mechanische voordeel van een hellend vlak neemt toe naarmate de helling afneemt, maar hoewel er een kleinere kracht nodig is om het te duwen, neemt de afstand die je nodig hebt om het te duwen toe. Duw de lading een afstandLlangs de helling om het op een hoogte te brengenh, en het ideale mechanische voordeel is:
IMA=\frac{L}{h}
Wig: Net als bij een hellend vlak neemt de kracht die nodig is om het onder een last te duwen toe met de helling, maar de afstand die de wig moet afleggenLom de oppervlakken te scheiden, de afstandtneemt toe:
IMA=\frac{L}{t}
Schroef: Een schroef is slechts een cirkelvormig hellend vlak. Met elke draai aan de schroef draai je hem over een afstand die gelijk is aan de omtrek om hem een afstand te verplaatsenPin het oppervlak dringt. Als de diameter van de schroefas is:d,het mechanische voordeel is:
IMA=\frac{2\pi d}{P}
Katrol: Het mechanische voordeel van een katrolsysteem hangt alleen af van het aantal touwen dat het heeft. Als dat nummer isnee, dan
IMA=Nee
IMA = Nee