Einfache Maschine , eines von mehreren Geräten mit wenigen oder keinen beweglichen Teilen, die zum Modifizieren verwendet werden Bewegung und die Größe einer Kraft, um Arbeit zu verrichten. Sie sind die einfachsten bekannten Mechanismen, die eine Hebelwirkung (oder mechanischen Vorteil) nutzen können, um die Kraft zu erhöhen. Die einfachen Maschinen sind die schiefe Ebene, der Hebel, der Keil, das Rad und die Achse, die Riemenscheibe und Schraube .
einfache Maschinen Sechs einfache Maschinen zur Umwandlung von Energie in Arbeit. Encyclopædia Britannica, Inc.
Eine schiefe Ebene besteht aus einer geneigten Fläche; es wird zum Heben schwerer Körper verwendet. Das Hobel bietet den mechanischen Vorteil, dass die Kraft, die erforderlich ist, um ein Objekt die Steigung hinauf zu bewegen, geringer ist als das Gewicht, das angehoben wird (Abschlag Reibung ). Je steiler die Steigung oder Neigung ist, desto näher nähert sich die erforderliche Kraft dem tatsächlichen Gewicht an. Mathematisch ausgedrückt ist die Kraft F erforderlich, um einen Block zu verschieben D auf einer schiefen Ebene ohne Reibung ist gleich seinem Gewicht IM mal dem Sinus des Winkels, den die schiefe Ebene mit der Horizontalen bildet (θ). Die Gleichung ist F = IM ohne .
schiefe Ebene In dieser Darstellung einer schiefen Ebene D stellt einen Block dar, der in der Ebene nach oben verschoben werden soll, F stellt die Kraft dar, die erforderlich ist, um den Block zu bewegen, und IM repräsentiert das Gewicht des Blocks. Mathematisch ausgedrückt und unter der Annahme, dass die Ebene reibungsfrei ist, F = IM Sünde . Encyclopædia Britannica, Inc.
Das Prinzip der schiefen Ebene ist weit verbreitet – zum Beispiel bei Rampen und Spitzkehren, wo eine kleine Kraft, die über eine Strecke entlang eines Hangs wirkt, viel Arbeit verrichten kann.
Ein Hebel ist eine Stange oder ein Brett, das auf einer Stütze ruht, die als Drehpunkt bezeichnet wird. Eine nach unten gerichtete Kraft, die auf ein Ende des Hebels ausgeübt wird, kann übertragen und am anderen Ende nach oben erhöht werden, so dass eine kleine Kraft ein schweres Gewicht heben kann.
Hebel Zwei Beispiele für Hebel(Links) Ein Brecheisen, das auf einem Drehpunkt gestützt und frei drehbar ist f , multipliziert eine nach unten gerichtete Kraft F angewendet an punkt zu so dass es die Last überwinden kann P ausgeübt durch die Masse des Gesteins am Punkt b . Wenn zum Beispiel die Länge zu f ist fünfmal b f , die Kraft F wird fünfmal multipliziert. (Rechts) Ein Nussknacker besteht im Wesentlichen aus zwei Hebeln, die durch ein Stiftgelenk an einem Drehpunkt verbunden sind f . Wenn zu f ist dreimal b f , die Kraft F von Hand an der Stelle ausgeübt zu wird dreimal mit multipliziert b , leicht die Druckfestigkeit überwinden P der Nussschale. Encyclopædia Britannica, Inc.
Alle frühen Menschen nutzten den Hebel in irgendeiner Form, zum Beispiel zum Bewegen schwerer Steine oder als Grabstöcke für die Landbewirtschaftung. Das Prinzip des Hebels wurde im Swape oder Shadoof verwendet, einem langen Hebel, der in der Nähe eines Endes schwenkbar war, wobei eine Plattform oder ein Wasserbehälter am kurzen Arm hängt und Gegengewichte am langen Arm befestigt sind. Ein Mann konnte sein eigenes Gewicht um ein Vielfaches heben, indem er den langen Arm nach unten zog. Dieses Gerät soll bereits um 1500 in Ägypten und Indien zum Heben von Wasser und zum Heben von Soldaten über Zinnen verwendet worden seinbce.
Shadoof Shadoof, Zentralanatolien, Türkei. Noumenon
Ein Keil ist ein Objekt, das sich zu einer dünnen Kante verjüngt. Das Drücken des Keils in eine Richtung erzeugt eine Kraft in seitlicher Richtung. Es besteht normalerweise aus Metall oder Holz und wird zum Spalten, Heben oder Festziehen verwendet, beispielsweise zum Befestigen eines Hammerkopfes an seinem Griff.
Keil Keil zum Spalten von Holz. Shakespeare
Der Keil wurde in prähistorischer Zeit verwendet, um Baumstämme und Felsen zu spalten; eine Axt ist auch ein Keil, ebenso wie die Zähne einer Säge. In ihrer mechanischen Funktion kann man sich die Schnecke als einen um einen Zylinder gewickelten Keil vorstellen.
die vier Kräfte des Universums
Ein Rad und eine Achse bestehen aus einem kreisförmigen Rahmen (dem Rad), der sich auf einer Welle oder Stange (der Achse) dreht. In seiner frühesten Form wurde es wahrscheinlich zum Heben von Gewichten oder Wassereimern aus Brunnen verwendet.
Das Funktionsprinzip lässt sich am besten anhand eines Geräts erklären, bei dem ein großes Zahnrad und ein kleines Zahnrad auf derselben Welle befestigt sind. Die Tendenz einer Kraft, F , angewendet am Radius R am großen Zahnrad reicht das Drehen der Welle aus, um die größere Kraft zu überwinden IM im Radius r auf dem kleinen Zahnrad. Die Kraftverstärkung oder der mechanische Vorteil ist gleich dem Verhältnis der beiden Kräfte ( IM : F ) und auch gleich dem Verhältnis der Radien der beiden Zahnräder ( R : r ).
Rad- und Achsanordnungen Zwei Rad- und Achsanordnungen (A) Mit einem großen Zahnrad und einem kleinen Zahnrad, die an derselben Welle oder Achse befestigt sind, wird eine Kraft F am Radius angewendet R auf dem großen Zahnrad reicht aus, um die größere Kraft zu überwinden IM im Radius r auf dem kleinen Zahnrad, die Achse drehen. (B) In einer Trommel- und Seilanordnung, die Gewichte heben kann, ist eine große Trommel mit Radius of R kann zum Drehen einer kleinen Trommel verwendet werden. Eine Erhöhung des mechanischen Vorteils kann erreicht werden, indem mit der großen Trommel eine kleine Trommel mit zwei Radien sowie ein Flaschenzug gedreht werden. Wenn eine Kraft F auf das um die große Trommel gewickelte Seil aufgebracht wird, wickelt sich das um die kleine Trommel mit zwei Radien gewickelte Seil von d (Radius r 1) und auf D (Radius r zwei). Die Kraft IM auf dem Radius des Flaschenzuges P wird leicht überwunden und das angehängte Gewicht wird angehoben. Encyclopædia Britannica, Inc.
Wenn die großen und kleinen Zahnräder durch Trommeln mit großem und kleinem Durchmesser ersetzt werden, die mit Seilen umwickelt sind, werden Rad und Achse in der Lage, Gewichte zu heben. Das zu hebende Gewicht wird am Seil der kleinen Trommel befestigt und der Bediener zieht das Seil an der großen Trommel. Bei dieser Anordnung ist der mechanische Vorteil der Radius der großen Trommel geteilt durch den Radius der kleinen Trommel. Eine Erhöhung des mechanischen Vorteils kann durch die Verwendung einer kleinen Trommel mit zwei Radien erreicht werden, r 1und r zwei, und ein Flaschenzug. Wenn eine Kraft auf die große Trommel ausgeübt wird, wickelt sich das Seil auf der kleinen Trommel auf D und von d ab.
Ein Maß für die beim Seilzug-Seil-System verfügbare Kraftverstärkung ist das Geschwindigkeitsverhältnis bzw. das Verhältnis der Geschwindigkeit, mit der die Kraft auf das Seil ausgeübt wird ( V F ) auf die Geschwindigkeit, mit der das Gewicht angehoben wird ( V IM ). Dieses Verhältnis ist gleich dem doppelten Radius der großen Trommel geteilt durch die Differenz der Radien der kleineren Trommeln D und d. Mathematisch ausgedrückt lautet die Gleichung V F / V IM = 2 R / ( r zwei- r 1). Der eigentliche mechanische Vorteil IM / F kleiner als dieses Geschwindigkeitsverhältnis ist, abhängig von der Reibung. Mit dieser Anordnung kann ein sehr großer mechanischer Vorteil erzielt werden, indem die beiden kleineren Trommeln D und d einen nahezu gleichen Radius aufweisen.
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