Prawdopodobnie słyszałeś od swojego nauczyciela o prostych maszynach, które składają się na bardziej skomplikowane urządzenia. Dwie z tych maszyn, płaszczyzna pochyła i klin, są podobne, nawet jeśli klin porusza się, aby wykonać swoją pracę, a płaszczyzna pochyła nie. Pomyśl o pochyłej płaszczyźnie jako płaskiej powierzchni nachylonej do góry, tak że z boku wygląda jak trójkąt; złóż dwa z tych trójkątów razem, podstawa do podstawy, i masz klin.
Zaleta maszyn
Wszystkie maszyny, w tym kliny i strugi, oferują coś, co nazywa się „mechaniczną przewagą”. To znaczy jeśli przyłożysz siłę do klina lub płaszczyzny, ta maszyna wyśle gdzieś większą siłę jeszcze. Przyłóż swoją siłę do grubego końca klina, a cieńszy, przeciwny koniec - powiedzmy ostrze noża lub ostra powierzchnia dłuta - zwielokrotni tę siłę. Tak jak klin rozszczepia obiekt, płaszczyzna „rozszczepia” siłę grawitacji, część prostopadle do powierzchni samolotu, niektóre równolegle do niej, dzięki czemu łatwiej jest pchać przedmiot pod górę niż go podnosić wprost.
Klin daje przewagę
•••Comstock/Comstock/Getty Images
Klin jest poruszającą się pochyloną płaszczyzną, jeśli myślisz, że samolot stoi na wąskim końcu. Siła przyłożona do przeciwnego, szerszego końca musi gdzieś trafić – łącznie z węższym końcem, który przykłada siłę do mniejszego obszaru. Ta sama siła, mniejszy obszar, uderza w to, co dzieje się na węższym końcu klina: marmur, który Michał Anioł rzeźbi dłutem, kłodą, którą Abe Lincoln rozłupuje siekierą, albo tą zaspą, w której się wbijasz łopata.
Tymczasem z perspektywy marmuru, kłody lub śniegu są one wypychane w górę wzdłuż pochyłej płaszczyzny czoła dłuta, siekiery lub łopaty. Dużo łatwiej niż Michał Anioł podnoszący „Dawida”, Lincoln podnoszący kłodę albo ty podnosisz zaspę i czekasz na części, których nie chcesz samemu zrzucić.
Toczenie z pochyloną płaszczyzną
•••Jupiterimages/Photos.com/Getty Images
Tak jak siła, którą przykładasz do klina działa na odległość – od szerokiego końca do cienkiego – siła, której używasz do przesuwania obiektów wzdłuż nachylonej płaszczyzny, działa również na odległość. W przypadku płaszczyzny pochyłej zaczynamy niejako od cienkiego końca klina i przesuwamy się w górę płaszczyzny do szerokiego końca. Tak jak najbardziej użyteczne kliny są długie i zwężające się ku górze, tak i tym lepiej przy niewielkim wysiłku zadać mocne uderzenie, najbardziej użyteczne płaszczyzny pochyłe nachylają się stopniowo w górę; im dłuższa odległość, tym mniejsza siła będzie potrzebna do toczenia, pchania lub ciągnięcia obiektu wzdłuż płaszczyzny.
Stopniowo pokonujesz opór obiektu, jego ciężar, przykładając siłę na odległość, tak jak klin pokonuje opór obiektu przed rozłupaniem, wywierając siłę na wąski biznesowy koniec klin.
Wspólność
•••Hemera Technologies/PhotoObjects.net/Getty Images
Jeśli klin działa jak nachylona płaszczyzna, a nachylona płaszczyzna jest podobna do klina, te dwie proste maszyny mogą działać jeszcze lepiej po połączeniu. Ta kombinacja klina i płaszczyzny jest widoczna w powszechnym wkręta do drewna domowego. Gwinty są nachyloną płaszczyzną, przesuwając śrubę w drewno z mniejszą siłą niż potrzeba do wbicia śruby. Końcówka to klin, odpychający drewno.
Zamek błyskawiczny to połączenie klinów i nachylonych płaszczyzn do łączenia i rozłączania zębów. Takie kombinacje tak zwanych prostych maszyn są powszechne. Nauka mówi o „rodzinach” maszyn, różnych urządzeń pracujących na podobnych zasadach – płaszczyzna pochyła, klin i śruba należą do rodziny płaszczyzn; trzy inne tak zwane proste maszyny, dźwignia, koło i oś oraz koło pasowe, należą do rodziny dźwigni.