Selv om du kanskje tenker på en maskin som et komplekst system med gir, drivreimer og og en motor, er definisjonen fysikere bruker mye enklere. En maskin er rett og slett en enhet som fungerer, og det er bare seks forskjellige typer enkle maskiner. De inkluderer spaken, remskiven, hjulet og akselen, skruen, kilen og det skråplanet. Maskinens evne til å utføre arbeid er avhengig av to egenskaper: dens mekaniske fordel og effektiviteten. Det er to typer mekaniske fordeler. Den ideelle mekaniske mekaniske fordelen forutsetter perfekt effektivitet som ikke tar hensyn til friksjon, mens den faktiske mekaniske fordelen gjør det.
TL; DR (for lang; Leste ikke)
AMA til en enkel maskin er forholdet mellom utgang og inngangskrefter. IMA er forholdet mellom inngangsavstand og utgangsavstand.
Faktisk mekanisk fordel
Enhver type maskin overfører mekanisk energi, og et mål på nytten er forholdet mellom utgangskraften (FO) til inngangskraften (FJeg). Dette forholdet er den faktiske mekaniske fordelen:
AMA = \ frac {F_O} {F_I}
Hvis dette forholdet er ett, gjør den mekaniske maskinen det faktisk ikke lettere å gjøre en jobb, men det kan overføre energien i en annen retning. Et ormedrevet utstyr er et eksempel på en slik maskin. De fleste maskiner har en AMA større enn en.
Ideell mekanisk fordel
Fordi en viss mengde inngangskraft er nødvendig for å overvinne friksjon, og denne mengden er ukjent, kan det være vanskelig å måle faktisk mekanisk fordel. Den ideelle mekaniske fordelen er derimot ganske enkelt forholdet mellom inngangsavstandenDJegtil utgangsavstandenDO.
IMA = \ frac {D_I} {D_O}
For å gjøre arbeidet lettere for brukeren, bør inngangsavstanden være større enn utgangsavstanden, så dette forholdet er vanligvis større enn en. Den er også større enn AMA, fordi den ikke tar hensyn til friksjonskrefter, som motarbeider bevegelse.
IMA av de seks maskintypene
Alle virkelige maskiner er en kombinasjon av de seks enkle maskinene, og metoden for beregning av IMA varierer for hver.
Spak: Plasseringen av støttepunktet bestemmer IMA for en spak. I en førsteklasses spak er støttepunktet under spaken, og ligger avstanderDJegogDOfra henholdsvis inngangs- og utgangsendene. Den ideelle mekaniske mekaniske fordelen er således:
IMA = \ frac {D_I} {D_O}
Wheel og Axel: Med to konsentriske hjul, som brukt sammen, får du en mekanisk fordel ved å bruke kraft på det større og koble en last til det mindre. IMA for dette arrangementet er forholdet mellom radiusen på det større hjuletRtil den mindrer:
IMA = \ frac {R} {r}
Skråplan:Den mekaniske fordelen med et skrått plan øker når skråningen avtar, men selv om en mindre kraft er nødvendig for å skyve den, øker avstanden du trenger for å skyve den. Skyv lasten et stykkeLlangs skråningen for å heve den til en høydeh, og den ideelle mekaniske fordelen er:
IMA = \ frac {L} {h}
Kile: Som et skråplan øker kraften som trengs for å skyve den under en belastning med skråningen, men avstanden kilen trenger å gåLfor å skille overflatene, avstandentøker:
IMA = \ frac {L} {t}
Skru: En skrue er bare et sirkulært skråplan. For hver skruesving roterer du den en avstand lik omkretsen for å bevege den en avstandPinn i overflaten det trenger inn. Hvis diameteren på skrueakselen erd,den mekaniske fordelen er:
IMA = \ frac {2 \ pi d} {P}
Talje: Den mekaniske fordelen med et trinsesystem avhenger bare av antall tau det har. Hvis tallet erN, deretter
IMA = N
IMA = N