Introduction/Motivation
あなたの学生のどれが本当に重いものを持ち上げたり動かしたりするのを楽しんでいますか？ そのような激しい仕事は私たちのエネルギーを消費し、しばしば私たちが非常に疲れて疲れていると感じ、時には物を持ち上げたり動かしたりすると この不幸な結果は、まさにエンジニアが、私たちがより簡単に仕事をすることができる方法を常に考えている理由です。 片道の技術者達は、機械設計する作業が容易で効率のよいものにします。, より具体的には、今日のすべての機械は、すべての機械機械の基本的なコンポーネントである六つの既知の単純な機械の一つ以上で構成されています。 このレッスンでは、これらの有用なデバイスのうち、傾斜面、くさび、ねじの三つを詳細に研究します。 が技術者の使用にそれぞれの三つの単純な機械を目的に、すべての操作を同一の機械的原理です。
さらに進む前に、単純なマシンに関する本質的な原則を簡単に見直す必要があります（個々のマシンを研究するときに特に役立ちます）。, 最も重要な事実は、単純な機械が行われた作業の量を変えることはなく、作業が行われる方法だけを変えることです。 力と距離の積であると定義され、数学的に次のように書かれている作業の定義を見てみましょう。
行われる作業の量は特定の雑用に対して変わらないので、この値は一定のままです。 しかし、実際には力と距離の両方を変更することができます。, 簡単な機械は頻繁に仕事を遂行することもっと簡単にするためにより大きい間隔に入力力、か努力を、加えることによって仕事を別様に達成する。 すなわち、作業を行うために必要な力の量を減らすためには、距離を比例して増加させなければならない。 たとえば、エンジニアのEmmaが20ジュール相当の作業を行う必要があるとしましょう。 彼女は多くの異なる方法でこれを達成することができ、そのうちの一つは20メートルの距離にわたって1ニュートンの力を発揮することです。 しかし、より簡単な方法は、わずか2メートルの距離にわたって10ニュートン力を適用することを含むかもしれない。, いずれの場合も、エマは同じ量の作業を行いますが、彼女がさらに遠くにわたってより少ない力を加えることによってこれを達成することははるか 図2は、いくつかの方法が他の方法よりも簡単または効率的ですが、同じ量の作業をさまざまな方法でどのように達成できるかを示しています。 これは、マシンを使用する場合です。
傾斜面
傾斜面(図3参照)は、おそらくエンジニアに知られている最も古く、最も初歩的な単純なマシンです。 実際、あなたの多くはおそらく、傾斜した表面が”機械”としてどのように分類されるのか疑問に思っています。 それにもかかわらず、この装置はエンジニアにより高い位置に重い目的を容易に持ち上げる異常な機能を与える。
ここで重要な考え方は、垂直方向のパス上に直接持ち上げるのではなく、長いランプまたは傾斜したパス上に負荷が転送される場合、より少ない労力が必要であるということです。 たとえば、ピアノなどの非常に重い物体を移動するトラックの後ろに移動する方法に気づいたかもしれません。 明らかに、それらは容易にトラックの背部にそしてにそのような重い家具を直接持ち上げることができない。, その代り、それらは仕事を完了するのに長い傾斜路—か傾斜させた平面—を使用する。 このアイデアは、古代エジプト人によってずっと前に使用されました：彼らは驚くべき高さに記念碑的な構造を建てるために傾斜面と人間の強さを 今日でも、技術者を雇用し、斜面上でのその他のアプリケーションの達成のために、えどころのないように思われる事ができます。 これらの例のほんの一部には、車椅子スロープ、エスカレーター、階段、高速道路、さらにはハイキングコースが含まれており、重いものをより簡単に上げる手段として、傾斜した平面に依存しています。,
Wedge
重い物を持ち上げることに加えて、エンジニアはできるだけ少ない労力で材料を分割または分離することにも興味があります。 この場合エンジニアはまきを切り刻むこと、ペーパーを切ること、および私達のヤードを刈ることのような仕事が大いにより容易になされるようにくさび くさびは、図4に示すように、それは本当に背中合わせに設定された二つの傾斜面で構成されているので、多くの場合、傾斜面のわずかな変化であると考えられる単純なマシンです。 その結果、一方の端部が他方の端部よりも厚くなり、鋭い切れ刃が形成される。,
ウェッジが物理的に傾斜面に非常に似ていることは事実ですが、エンジニアはわずかに異なる目的のためにこのマシンを使用します。 傾斜した平面は静止した表面上重い目的を運ぶためにくさび自体は目的を動かすか、または持ち上げるために動くことができるが作用する。, したがって、くさびは本質的に運動中の傾斜面である。 くさびが動くとき、前方力は材料を分けるか、または分けるのに使用される外へ向かう力か最後の力に変えられます。
くさびがまた目的を短い間隔持ち上げるか、または動かすのに使用することができるのに歴史を通して主に貴重な切断装置として利用された。 斧は、作業を容易にするためにくさびがどのように使用されるかの古典的な例です。 あなたはそれが斧なしで木を切り倒したり、木を切り刻むことがどれほど難しいか想像できますか？, 反対の方向に木材を引っ張っている最強の男性でさえ、雑用を完了することはできませんでした。 しかし、一般的に斧の一つの多額のスイングは少しの努力で偉業を達成します。
斧に加えて、ナイフ、シャベル、すきおよびはさみのような他のよく知られた用具はすべて縛られた材料を容易に分けるためにくさびを利用する。 ウェッジが働いている他のデバイスを考えることができますか？ ということもありが容易に認識できないウェッジに様々な工業デザインは、今日では多くの異なる外観です。, しかし、船の船体、飛行機の翼、さらには私たちの前歯など、くさびが多くの不慣れな場所でも見つけることができる場所を認識すると興味深いです！
ねじ
すべての六つの単純なマシンは、独自の明確な資質を持っていますが、ねじだけが有利な線形力に回転力を変換することができます。 この特性は、ジェットエンジンのように、回転運動が作業を行うために利用できる唯一の努力の源である多くの工学的用途において望ましい。, くさびと同様に、ねじ（図5参照）は、実際には円筒の周りに巻き付けられた傾斜面で構成されているため、傾斜面とも密接に関連しています。 一般にねじ山と言われる円柱表面のまわりの螺線形にされた端は、ねじに仕事をする機能を与えます。
エンジニアが二つの異なった無関係な適用にこの機械を加えることができるのでねじに二つの一般的な分類があります:留め具ねじおよび持ち上がるねじ。 材料を切り、分ける機能と設計されているくさびと対照をなして留め具ねじが材料の二つの部分を一緒に留め、結合するのに使用されています。 このタイプのねじは通常一緒に結合される部品に切れる鋭い糸を備えています。 材料は結局押され、ねじの頭部と糸の間で一緒に握られるようになります。, 荒い糸からの摩擦は、一方では、緩いそのうちに働くことからのねじを保ちます。
持ち上がるねじはねじの軸線に平行な方向の固まりを持ち上げるか、または動かすために主に設計されている他のタイプのねじです。 持ち上がるねじが負荷を短い間隔を進めるために何回も回らなければならないので仕事は助けによってより容易にされる。 視覚化することは困難かもしれないが持ち上がるねじのすばらしい例は小さい航空機かボートで見つけられる共通のプロペラである。, プロペラがエンジンによって提供される回転力によって回されるとき推圧を作り出すために回転軸線に沿って線形力は作成されます。 航空エンジニアはまたヘリコプターの回転子およびジェットエンジンのためにまた特別に有利であるとこの用具が見つけた。
プロペラに加えて、螺旋階段、ナットおよびボルト、woodscrew、オーガー、穴あけ工具、みみずギヤおよび風車はまたねじが多くの有用な工学システムでいかにの加えられるかのよい例今日である。