แม้ว่าคุณอาจคิดว่าเครื่องจักรเป็นระบบที่ซับซ้อนของเกียร์ สายพานขับ และมอเตอร์ แต่คำจำกัดความที่นักฟิสิกส์ใช้นั้นง่ายกว่ามาก เครื่องจักรเป็นเพียงอุปกรณ์ที่ใช้งานได้ และมีเครื่องจักรธรรมดาเพียงหกประเภทเท่านั้น ประกอบด้วยคันโยก รอก ล้อและเพลา สกรู ลิ่ม และระนาบเอียง ความสามารถของเครื่องจักรในการทำงานนั้นขึ้นอยู่กับลักษณะสองประการ: ความได้เปรียบทางกลและประสิทธิภาพ ความได้เปรียบทางกลมีสองประเภท ความได้เปรียบทางกลในอุดมคตินั้นถือว่ามีประสิทธิภาพที่สมบูรณ์แบบซึ่งไม่คำนึงถึงแรงเสียดทาน ในขณะที่ความได้เปรียบทางกลที่แท้จริงนั้นทำได้
ทีแอล; DR (ยาวเกินไป; ไม่ได้อ่าน)
AMA ของเครื่องอย่างง่ายคืออัตราส่วนของเอาต์พุตต่อแรงอินพุต IMA คืออัตราส่วนของระยะอินพุทกับระยะเอาท์พุท
ข้อได้เปรียบทางกลที่แท้จริง
เครื่องจักรประเภทใดก็ตามที่ส่งพลังงานกลและการวัดประโยชน์ของมันคืออัตราส่วนของแรงขับ (Fโอ) ถึงแรงอินพุต (Fผม). อัตราส่วนนี้เป็นข้อได้เปรียบทางกลที่แท้จริง:
AMA=\frac{F_O}{F_I}
หากอัตราส่วนนี้เป็นหนึ่ง แสดงว่าเครื่องจักรไม่ได้ทำให้การทำงานง่ายขึ้น แต่อาจส่งพลังงานไปในทิศทางที่ต่างออกไป เกียร์หนอนเป็นตัวอย่างของเครื่องดังกล่าว เครื่องส่วนใหญ่มี AMA มากกว่าหนึ่งเครื่อง
ความได้เปรียบทางกลในอุดมคติ
เนื่องจากต้องใช้แรงป้อนเข้าจำนวนหนึ่งเพื่อเอาชนะแรงเสียดทาน และไม่ทราบจำนวนนี้ การวัดความได้เปรียบทางกลที่แท้จริงอาจเป็นเรื่องยาก ในทางกลับกัน ความได้เปรียบทางกลในอุดมคติก็คืออัตราส่วนของระยะอินพุตดีผมระยะทางขาออกดีโอ.
IMA=\frac{D_I}{D_O}
เพื่อให้ผู้ใช้ทำงานได้ง่ายขึ้น ระยะอินพุตควรมากกว่าระยะเอาต์พุต ดังนั้นอัตราส่วนนี้จึงมักจะมากกว่าหนึ่ง นอกจากนี้ยังมีขนาดใหญ่กว่า AMA เพราะไม่คำนึงถึงแรงเสียดทานซึ่งต่อต้านการเคลื่อนไหวด้วย
IMA ของเครื่องจักรทั้งหกประเภท
เครื่องจริงทั้งหมดเป็นการรวมกันของเครื่องจักรอย่างง่ายหกเครื่อง และวิธีการคำนวณ IMA จะแตกต่างกันไปในแต่ละเครื่อง
คันโยก: ตำแหน่งของจุดศูนย์กลางจะกำหนด IMA สำหรับคันโยก ในคันโยกระดับเฟิร์สคลาส จุดศูนย์กลางอยู่ใต้คันโยก และระยะห่างอยู่ดีผมและดีโอจากปลายอินพุตและเอาต์พุตตามลำดับ ข้อได้เปรียบทางกลในอุดมคติคือ:
IMA=\frac{D_I}{D_O}
ล้อและเพลา: ด้วยสองล้อที่มีศูนย์กลางร่วมกัน คุณจะได้รับประโยชน์ทางกลจากการใช้แรงกับล้อที่ใหญ่กว่าและเชื่อมต่อน้ำหนักกับล้อที่เล็กกว่า IMA สำหรับการจัดเรียงนี้คืออัตราส่วนของรัศมีของวงล้อที่ใหญ่กว่าRของตัวเล็กr:
IMA=\frac{R}{r}
ระนาบเอียง:ความได้เปรียบทางกลของระนาบเอียงจะเพิ่มขึ้นเมื่อความชันลดลง แต่ถึงแม้จะต้องใช้แรงน้อยกว่าในการผลักมัน ระยะทางที่คุณต้องใช้ในการดันมันก็เพิ่มขึ้น ผลักภาระระยะทางหลี่ตามทางลาดเพื่อยกให้สูงห่าและข้อได้เปรียบทางกลในอุดมคติคือ:
IMA=\frac{L}{h}
ลิ่ม: เช่นเดียวกับระนาบเอียง แรงที่จำเป็นในการผลักมันภายใต้ภาระเพิ่มขึ้นตามความชัน แต่ระยะทางที่ลิ่มต้องเคลื่อนไปหลี่เพื่อแยกพื้นผิวระยะทางtเพิ่มขึ้น:
IMA=\frac{L}{t}
สกรู: สกรูเป็นเพียงระนาบเอียงเป็นวงกลม ในการหมุนสกรูแต่ละครั้ง คุณจะหมุนสกรูเป็นระยะทางเท่ากับเส้นรอบวงเพื่อขยับเป็นระยะทางพีเข้าไปในพื้นผิวที่มันแทรกซึม หากเส้นผ่านศูนย์กลางของเพลาสกรูเท่ากับง,ข้อได้เปรียบทางกลคือ:
IMA=\frac{2\pi d}{P}
ลูกรอก: ข้อได้เปรียบทางกลของระบบรอกขึ้นอยู่กับจำนวนเชือกที่มีอยู่เท่านั้น ถ้าตัวเลขนั้นคือนู๋แล้ว
IMA=N
IMA = น
