간단한 기계 힘의 크기 나 방향을 변화시키는 움직이는 부품이 거의 없거나 전혀없는 도구입니다. 기본적으로, 그들은 힘을 곱하고 일을 더 쉽게 만듭니다. 다음은 간단한 기계의 유형, 작동 방식 및 용도를 살펴 봅니다.
간단한 기계 란 무엇입니까?
기계 거리에 힘을 적용하여 작업을 수행하는 장치입니다. 간단한 기계는 하중이 이동하는 거리를 줄임으로써 출력력을 증가시키는 방식으로 단일 하중 힘에 대해 작동합니다. 출력력 대가 적용된 힘의 비율을 기계적 이점 라고합니다. 기계의.
단순한 기계가 작동하는 방법
기본적으로 간단한 기계는 다음 전략 중 하나 이상에 의존합니다.
- 힘의 방향을 바꿉니다.
- 힘의 크기를 증가시킵니다.
- 기계는 한 위치에서 다른 위치로 힘을 전달합니다.
- 힘의 속도 또는 거리를 증가시킵니다.
6 간단한 기계
휠과 차축, 레버, 경사면, 풀리, 나사 및 웨지의 6 가지 간단한 기계가 있습니다.
휠과 액슬
휠과 액슬은 무거운 상품을 더 쉽게 운송하고 사람들이 거리를 여행 할 수 있도록 도와줍니다. 휠에는 발자국이 작은 것이므로 표면 위로 물체를 움직일 때 마찰이 줄어 듭니다. 예를 들어, 바닥을 가로 질러 냉장고를 카트로 바퀴는 것보다 바닥을 가로 질러 슬라이딩하는 데 훨씬 더 많은 마찰이 있습니다. 휠과 액슬도 힘의 승수입니다. 입력력은 휠을 돌려 회전력이나 토크를 생성하지만 휠의 테두리보다 액슬에서 토크가 훨씬 큽니다. 액슬에 부착 된 긴 손잡이는 비슷한 효과를 얻습니다.
레버
레버는 힘과 거리 사이의 상충 관계를 만듭니다. 시소는 이러한 유형의 간단한 기계의 친숙한 예입니다. 레버에는 긴 빔과 피벗 또는 풀 크럼이 있습니다. Fulcrum의 배치에 따라 Lever를 사용하여 입력력보다 작은 거리에서 무거운 하중을 들어 올리거나 입력력보다 먼 거리에서 더 가벼운 하중을 사용합니다.
.경사면
경사면은 경사로 또는 평평한 표면입니다. 힘의 거리를 증가시킵니다. 경사면은 똑바로 들어 올리기에는 너무 무거운 하중을 들어 올리는 데 도움이됩니다. 그러나 경사로가 급격히 높을수록 더 많은 노력이 필요합니다. 예를 들어, 경사로를 등반하는 것이 높이를 뛰어 넘는 것보다 훨씬 쉽습니다. 가파른 경사로를 등반하는 것은 부드러운 경사를 걷는 것보다 훨씬 더 많은 노력을 기울이고 있습니다.
풀리
도르래는 힘의 방향을 바꾸거나 거리가 감소하기 위해 증가 된 힘을 거래합니다. 예를 들어, 우물에서 물통을 똑바로 당기려면 많은 힘이 필요합니다. 풀리를 부착하면 위로 올라가는 대신 로프를 잡아 당길 수 있지만 같은 힘이 필요합니다. 그러나 두 개의 풀리를 사용하고 하나는 버킷에 부착되고 다른 하나는 오버 헤드 빔에 부착 된 경우 버킷을 당기기 위해 힘의 절반 만 적용됩니다. 트레이드 오프는 당신이 잡아 당기는 밧줄의 거리를 두 배로 늘린다는 것입니다. 블록과 태클은 필요한 힘을 훨씬 줄이는 풀리의 조합입니다.
나사
나사는 샤프트 주위에 감싸는 것을 제외하고는 기본적으로 경사면입니다. 경사는 나사를 돌리기 위해 더 큰 힘을 발휘할 수 있도록합니다. 드라이버와 같은 긴 손잡이를 사용하면 기계적 이점이 증가합니다. 나사는 일상 생활에서 자동차 휠의 러그 너트와 기계와 가구에 부품을 유지하는 데 사용됩니다.
웨지
웨지는 입력력의 방향을 변경하여 작동하는 움직이는 경사면입니다. 웨지의 일반적인 사용은 조각을 분할하고 하중을 들어 올리는 것입니다. 예를 들어 도끼는 쐐기입니다. 도어 스톱도 마찬가지입니다. 도끼는 로그를 조각으로 나누고 바깥쪽으로 타격의 힘을 지시합니다. 도어 스톱은 움직이는 도어의 힘을 아래쪽으로 전송하여 마찰을 생성하여 바닥 위로 미끄러지지 않도록합니다.
이상적인 간단한 기계
이상적인 단순 기계는 마찰, 변형 또는 마모를 통해 에너지를 잃지 않는 기계입니다. 그러한 상황에서 기계에 넣은 전력은 전력 출력과 같습니다.
p out =p in
이상적인 간단한 기계에서 기계적 이점은 다음과 같은 힘의 힘의 비율입니다.
ma =f out / f in
전력은 속도에 곱한 속도와
입니다f out ν out =f in ν in
이상적인 기계의 기계적 이점은 속도 비율입니다 :
Ma 이상적인 =f out / f in =ν in / ν out
속도 배급은 또한 시간이 지남에 따라 커버 된 거리의 비율과 같습니다.
Ma 이상적인 =d in /d out
이상적인 간단한 기계는 에너지 보존 법칙에 순종합니다. 다시 말해, 그들은 입력력에서 얻는 것보다 더 많은 일을 할 수 없습니다.
- MA> 1이면 출력력이 입력력보다 크지 만 부하는 입력력에 의해 이동하는 거리보다 더 작은 거리로 이동합니다.
- MA <1이면 출력력이 입력력보다 작고 부하가 입력력에 의해 이동하는 거리보다 더 먼 거리로 이동합니다.
마찰 및 효율성
실제로 기계에는 마찰이 있습니다. 입력 전력의 일부는 열로 손실됩니다. 에너지가 보존되므로 입력 전력은 출력 전력 및 마찰의 합과 같습니다.
p in =p out + p 마찰
기계적 효율 η는 파워 아웃과 전력의 비율입니다. 마찰 에너지 손실의 척도이며 0에서 1에서 마찰까지의 모든 전력에서 1 (이상적인 간단한 기계)까지 :
입니다.η =p out / p in
전력은 힘과 속도의 생성물과 같기 때문에 실제 단순한 기계의 기계적 이점은 다음과 같습니다.
ma =f out / f in =η (ν in / ν out )
비 이상적인 기계에서 기계적 이점은 항상 속도 비율보다 작습니다. 이것이 마찰이있는 기계가 해당 이상적인 기계만큼 큰 부하를 움직이지 않는다는 것을 의미합니다.
역사
사람들은 고대부터 자신의 작동 방식을 이해하지 않고 간단한 기계를 사용했습니다. 메소포타미아 인들은 기원전 4200 년에서 4000 년 사이에 휠을 발명했을 가능성이 높습니다. 역사가들은 그리스 철학자 아르키메데스에게 간단한 기계에 대한 설명으로 인정합니다. 기원전 3 세기에 Archimedes는 레버의 기계적 이점의 개념을 설명했습니다. 그는 나사와 풀리도 연구했습니다. 그리스 철학자들은 6 개의 간단한 기계 중 5 개 (경사면이 아님)의 기계적 이점을 계산했습니다. 16 세기에 레오나르도 다빈치 (Leonardo da Vinci)는이 작품을 출판하지는 않았지만 미끄러짐 마찰 규칙을 설명했다. Guillaume Amontons는 1699 년 마찰 규칙을 재발견했습니다.
참조
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- Paul, Akshoy; Roy, Pijush; Mukherjee, Sanchayan (2005). 기계 과학 :엔지니어링 역학 및 재료의 강도 . 인도 프렌 티스 홀. ISBN 978-81-203-2611-8.
- Usher, Abbott Payson (1988). 기계적 발명의 역사 . 미국 :택배 도버 간행물. ISBN 978-0-486-25593-4.
