Aj keď by ste si mohli stroj predstaviť ako zložitý systém ozubených kolies, hnacích remeňov aa motorov, definícia, ktorú používajú fyzici, je oveľa jednoduchšia. Stroj je jednoducho zariadenie, ktoré funguje, a existuje iba šesť rôznych typov jednoduchých strojov. Zahŕňajú páku, kladku, koleso a nápravu, skrutku, klin a naklonenú rovinu. Schopnosť stroja pracovať závisí od dvoch charakteristík: mechanickej výhody a účinnosti. Existujú dva typy mechanickej výhody. Ideálna mechanická mechanická výhoda predpokladá dokonalú účinnosť, ktorá nezohľadňuje trenie, zatiaľ čo skutočná mechanická výhoda áno.
TL; DR (príliš dlhý; Nečítali)
AMA jednoduchého stroja je pomer výstupu a vstupných síl. IMA je pomer vstupnej vzdialenosti k výstupnej vzdialenosti.
Skutočná mechanická výhoda
Akýkoľvek typ stroja prenáša mechanickú energiu a mierou jeho užitočnosti je pomer výstupnej sily (FO) na vstupnú silu (FJa). Tento pomer predstavuje skutočnú mechanickú výhodu:
AMA = \ frac {F_O} {F_I}
Ak je tento pomer jeden, mechanický stroj v skutočnosti neuľahčuje prácu, ale môže prenášať energiu iným smerom. Príkladom takéhoto stroja je šnekový prevod. Väčšina strojov má AMA vyššiu ako jedna.
Ideálna mechanická výhoda
Pretože je potrebné určité množstvo vstupnej sily na prekonanie trenia a toto množstvo nie je známe, môže byť ťažké zmerať skutočnú mechanickú výhodu. Ideálnou mechanickou výhodou je na druhej strane jednoducho pomer vstupnej vzdialenostiDJana výstupnú vzdialenosťDO.
IMA = \ frac {D_I} {D_O}
Pre uľahčenie práce pre používateľa by mala byť vstupná vzdialenosť väčšia ako výstupná vzdialenosť, takže tento pomer je zvyčajne väčší ako jeden. Je tiež väčší ako AMA, pretože neberie do úvahy trecie sily, ktoré bránia pohybu.
IMA zo šiestich typov strojov
Všetky skutočné stroje sú kombináciou šiestich jednoduchých strojov a spôsob výpočtu IMA sa u každého líši.
Páka: Umiestnenie osi otáčania určuje IMA pre páčku. V prvotriednej páke je otočný bod pod pákou a nachádza sa v ňom vzdialenostiDJaaDOzo vstupných a výstupných koncov. Ideálna mechanická mechanická výhoda je teda:
IMA = \ frac {D_I} {D_O}
Koleso a Axel: S dvoma sústrednými kolesami, ktoré sa používajú v spojení, získate mechanickú výhodu pôsobením sily na väčšie a pripojením bremena k menšiemu. IMA pre toto usporiadanie je pomer polomeru väčšieho kolesaRk tomu menšiemur:
IMA = \ frac {R} {r}
Naklonená rovina:Mechanická výhoda naklonenej roviny sa zvyšuje so znižovaním sklonu, ale aj keď je na jej stlačenie potrebná menšia sila, vzdialenosť, ktorú musíte na jej stlačenie, sa zväčšuje. Zatlačte náklad na vzdialenosťĽpozdĺž svahu, aby ste ju zdvihli do výškyh, a ideálna mechanická výhoda je:
IMA = \ frac {L} {h}
Klin: Rovnako ako v naklonenej rovine sa sila potrebná na jej zatlačenie pod záťažou zvyšuje so sklonom, ale vzdialenosť, ktorú musí klin prejsťĽna oddelenie povrchov, vzdialenostitzvyšuje:
IMA = \ frac {L} {t}
Skrutka: Skrutka je iba kruhová naklonená rovina. Pri každom otočení skrutky ju otočíte o vzdialenosť rovnú obvodu, aby ste ju posunuli o vzdialenosťPdo povrchu preniká. Ak je priemer hriadeľa skrutkyd,mechanická výhoda je:
IMA = \ frac {2 \ pi d} {P}
Kladka: Mechanická výhoda kladkového systému závisí iba od počtu lán, ktoré má. Ak je toto čísloNpotom
IMA = N
IMA = N