Прості механізми. Підйомний механізм. Прості механізми в побуті

З самої давнини людина намагається полегшити свою працю. Для цього він застосовує різні пристосування. Що собою являють найпростіші механізми? Які існують різновиди цих пристосувань? Чим відрізняються прості і складні механізми? Про це та багато іншого - далі в статті.

Загальна інформація

Прості механізми (від грец. "Машина, знаряддя") - пристрої, що дають виграш у силі. Деякі з цих пристосувань з'явилися в самої давнини. Прості механізми можуть бути самостійними пристроями або бути елементами більш складних агрегатів. Залежно від типу конструкції визначається і сфера застосування того чи іншого пристосування. Використання простих механізмів істотно полегшує людську діяльність. Такі пристрої дають виграш у силі. Приміром, клин, який вбивається в поліно, володіє більшою силою, ніж сам удар по пристосуванню. Тому дерево швидко розпирає в різні боки. Разом з цим, удар на клин доводиться зверху вниз, а частини поліна розсуваються в сторони. Тобто в даному випадку відбувається ще й перетворення в напрямку руху.

Прості механізми. Приклади

Існує кілька видів пристосувань:

Похила площина

а) гвинт застосовується в шурупах, як свердло в відбійних молотках, дрелях- може служити і як підйомний механізм (Архімедів гвинт) -

б) клин сприяє збільшенню тиску за рахунок концентрування маси на невеликій площі. Застосовується в пулі, лопаті, спис.

Важіль - пристосування, описане Архімедом. Може виступати як спусковий гачок, вимикач.

а) воріт застосовується для пасової передачі і підняття води з колодязя.

Колесо (винайдено в 3 тис. До н. Е. Шумерами) є складовою частиною системи зубчастої передачі, застосовується в транспорті.

Поршень сприяє використанню енергії нагрітих розширюються газів або пари. Застосовується дане пристосування в парових машинах і вогнепальну зброю.

Воріт

Це пристосування являє собою барабан (циліндр), до якого прикріплюється рукоятка. Як правило, його застосовували як підйомний механізм для підняття води з колодязя. Той виграш в силі, якою виходить при використанні ворота, визначається відношенням радіуса тієї кола, по якій здійснюється рух рукоятки, до радіусу циліндра (барабана), на який намотується мотузка. До сучасного типу ворота відноситься лебідка. Це пристосування являє собою систему, що включає циліндр і два зубчастих колеса різного радіусу. Виграш в силі, який в загальному дає лебідка, визначають сукупною дією двох коміром. Сучасні пристрої дають виграш в сорок-сто разів.

Похила площина

Цей простий механізм також часто застосовують при підйомі важких тел. Виграш у силі визначають відношенням довжини самого пристосування до його висоти за умови малого тертя. Найчастіше, для створення великої сили (наприклад, для роботи криголама або для колки дров) використовують вид похилій площині - клин. Його дія грунтується на тому, що при великому зусиллі в напрямку обуха формуються великі сили, перпендикулярні бічних поверхнях пристрою. Ще одним різновидом похилій площині є гвинт. Так само як і клин, цей пристрій здатний змінювати напрямок або числове значення додається сили.

Прості механізми. Важіль

Це тверде тіло, здатне обертатися навколо опори (нерухомою). Найменша відстань, що розділяє точку опори і пряму, вздовж якої впливає сила на важіль, називається плечем сили. Щоб його знайти, слід опустити перпендикуляр з точки опори на лінію дії зусилля. Довжина даного перпендикуляра і буде плечем. F1 і F2 - діючі на важіль сили. Плечі, що діють на пристрій - L1 і L2. Важіль тоді знаходиться в рівновазі, коли діючі на нього сили обернено пропорційні плечам. Дане правило можна представити у вигляді формули: F1 / F2 = L1 / L2. Цей принцип був встановлений Архімедом. Дане правило показує, що велику силу за допомогою важеля можна врівноважити меншою. Сила, прикладена до одного плеча, у стільки разів більше тієї, що прикладена до іншого, у скільки одне плече більше другого.

Як застосовує пристосування людина сьогодні?

Досить поширені прості механізми в побуті. Так, досить складно було б відкрити водопровідний кран, якби не було у нього невеликий ручки, яка являє собою досить ефективний важіль. Те ж можна сказати і про гайковий ключ, за допомогою якого здійснюється відкручування або закручування гайок або болтів. Чим довше рукоятка, тим легше буде здійснюватися дію. Так, при роботі з важкими або великими гайками і болтами при ремонті складних механізмів, верстатів, автомобілів, застосовують ключі з рукоятками до одного метра в довжину. Звичайнісінька двері також є одним з видів розглянутих пристосувань. Якщо пробувати відкривати двері біля її кріплення, то це буде досить важко. Однак чим далі від петель розташовується ручка, тим легше відкрити двері. Досить наочним прикладом є стрибок з жердиною. Його довжина близько п'яти метрів. За допомогою цього важеля і правильно прикладеного зусилля спортсмену вдається злетіти на висоту до шести метрів. Довге плече складає при цьому приблизно три метри. Важелі зустрічаються і в різних частинах людського тіла і тіла тварини. Це, зокрема, щелепи, кінцівки. Побутовими прикладами важеля є кусачки, ножиці для різання металу або паперу. Машини різного виду мають в своїй конструкції також пристосування, що дозволяють отримати виграш у силі. Наприклад, педалі або ручне гальмо на велосипеді, ручки швейних машин, клавіші в піаніно.

Комплексне застосування пристосувань

Прості механізми зустрічаються в самих різних поєднаннях. Комбіновані пристрої включають в себе дві і більше деталі. Не обов'язково це буде складним механізмом - багато прості пристосування можна вважати комплексними. Так, в м'ясорубці присутня ручка (воріт), проштовхує м'ясо гвинт і ніж-різак (клин). У наручних годинниках стрілки повертаються за допомогою системи зубчастих коліс, що мають різний діаметр і знаходяться один з одним у зчепленні. Одним з відомих комбінованих нескладних механізмів є домкрат. У ньому використано поєднання ворота і гвинта.

Висновок

Як стало ясно, прості механізми істотно полегшують працю людини. Вони можуть складатися з однієї або декількох деталей. При цьому навіть при наявності двох і більше елементів можуть залишатися простими, але можуть бути і досить складними. Різні агрегати, друковані преси, двигуни включають в себе кілька деталей. Серед елементів є і важелі, блоки, гвинти, колеса на осях, похилі площини, клин. Всі ці пристосування працюють в комплексі. Завдяки їм людина істотно полегшує працю. Передача механічної енергії від однієї частини пристрою до іншої може здійснюватися по-різному. Ланцюги, ремені, шестерні або зубчасті колеса вважаються найбільш поширеними пристроями, які сприяють передачі зусилля і змушують окремі елементи рухатися повільніше або швидше, в тому чи іншому напрямку. Складними і високошвидкісними пристроями керують, як правило, електронні прилади. Електричні датчики завдяки особливій налаштуванні показують, коли необхідно включати той чи інший механізм, стежать також за коректною і стабільною роботою системи. Багато пристроїв прийшли в сучасне життя людини з самої давнини. Люди постійно вдосконалюють складні механізми, розширюючи таким чином сферу їх застосування. Безсумнівно, в повсякденному житті людини різні пристрої займають дуже важливе місце. Багато чого неможливо уявити без використання простих і складних механізмів. Пристосування широко застосовуються в будівництві, сільському господарстві, при видобутку корисних копалин і в інших областях діяльності людини.