Innledning/Motivasjon
hvem av dere elevene virkelig liker å løfte eller flytte tunge objekter? Slik anstrengende arbeid forbruker energi, ofte forlater oss og føler meg veldig sliten og trett og, noen ganger, skadet hvis vi løfte eller flytte objekter feil. Dette uheldig resultat er nettopp derfor ingeniører er stadig tenker på måter vi kan gjøre arbeidet enklere — slik at vi kan jobbe smartere ikke hardere. En måte ingeniører oppnå dette på er ved å konstruere maskiner som bidrar til å gjøre arbeidet enklere og mer effektiv., Mer spesifikt, hver maskin som i dag består av ett eller flere av de seks kjent enkle maskiner — de grunnleggende komponentene i alle mekaniske maskiner. I denne leksjonen vil vi studere tre av disse nyttige enheter i detalj: skråplanet, kilen og skruen. Selv om ingeniører bruker hver av disse tre enkle maskiner for ulike formål, de alle virker på samme mekaniske prinsipper.
Før vi går lenger, vi trenger en kort gjennomgang av de grunnleggende prinsippene om enkle maskiner (som vil være spesielt nyttig når en skal studere hver enkelt maskin)., De viktigste faktum er at enkle maskiner aldri endre mengden av arbeid som er gjort, er det bare vei i hvilket arbeid som er gjort. La oss se på definisjonen av arbeid, som er definert til å være produktet av kraft og avstand og skriftlig matematisk som:
Siden mengden av arbeid som skal gjøres endrer ikke for et bestemt ork, denne verdien forblir konstant. Imidlertid, både kraft og avstand kan faktisk bli endret., Enkle maskiner ofte oppnå jobbe på en annen måte ved å bruke input kraft, eller innsats, over en større avstand for å gjøre arbeidet lettere å gjennomføre. Det er, for å redusere den mengde kraft som kreves for å gjøre jobben, og avstanden må være proporsjonalt økt. For eksempel, la oss si at Emma ingeniør trenger å gjøre 20 Joule verdt av arbeid. Hun kan gjøre dette på mange forskjellige måter, en av dem er å utøve en kraft på 20 Newtons over en avstand av 1 meter. Imidlertid, en enklere metode, kan det innebære bruk av en ren 2 Newton kraft over en avstand på 10 meter., I begge tilfeller, Emma samme mengde arbeid, men det er mye lettere for henne å oppnå dette ved å bruke mindre kraft over en lengre avstand. Figur 2 illustrerer hvordan den samme mengden arbeid som kan gjøres på mange forskjellige måter, selv om noen måter er det enklere — eller mer effektive enn andre. Dette er tilfelle når du bruker en maskin.
skråplan
skråplanet (se Figur 3) er kanskje den eldste og mest rudimentære enkel maskin kjent for ingeniører. Faktisk, mange av dere lurer kanskje på hvordan en skrå overflate kan muligens bli klassifisert som en «maskin.»Likevel, dette gir enheten ingeniører ekstraordinær evne til å løfte tunge gjenstander til en høyere stilling med letthet.
– tasten ideen her er at mindre innsats er nødvendig hvis en belastning overført over en lang rampe eller tilbøyelig banen, i motsetning til å løfte den rett over en loddrett sti. For eksempel, kanskje du har lagt merke til hvordan movers bevege seg veldig tunge objekter, for eksempel et piano, tilbake inn i sine flytte lastebilen. Åpenbart, de er ikke lette å løfte et så tungt møbel rett opp og inn på baksiden av sin lastebil., De bruker i stedet en lang rampe — eller skråplanet — for å fullføre jobben. Denne ideen ble brukt for lenge siden av de gamle Egypterne: de brukte skråplanet og menneskelig styrke til å oppføre monumentale strukturer til utrolige høyder. Selv i dag, ingeniører benytter skråplanet i mange andre applikasjoner for å oppnå tilsynelatende umulige oppgaver. Bare noen få av disse eksempler er rullestol ramper, rulletrapper, trapper, motorveier og selv å turstier, som alle kan stole på skråplanet som et middel for å skaffe tunge gjenstander på en enklere måte.,
Kile
I tillegg til å løfte tunge gjenstander, ingeniører er også interessert i å dele eller å skille materiale med så liten innsats som mulig. I dette tilfellet ingeniører ta i bruk en kile slik at oppgaver som å hogge ved, å kutte papir, og klippingen våre yards er gjort mye enklere. Kilen, som illustrert i Figur 4, er en enkel maskin ofte ansett for å være en liten variant av skråplanet siden det egentlig består av to skråplan satt rygg mot rygg. Som et resultat, den ene enden er tykkere enn de andre, slik at en skarp cutting edge er dannet.,
Mens det er sant at kilen er svært lik skråplan fysisk, ingeniører bruker denne maskinen for litt ulike formål. Skråplanet funksjoner for å transportere tunge gjenstander over et stødig underlag, mens kile seg selv kan bevege seg i for å løfte eller flytte objekter., Derfor, kilen er i hovedsak en skråning i bevegelse. Når en kile er flyttet, en frem kraft er konvertert inn i det ytre eller avskjed kraft som brukes til å skille eller delt materiale.
Selv om kilen kan også bli brukt til å løfte eller flytte objekter i kort avstand, gjennom historien har det i hovedsak vært benyttet som et verdifullt å kutte enheten. En øks er et klassisk eksempel på hvordan en kile brukes for å gjøre arbeidet lettere. Kan du forestille deg hvor vanskelig det ville være å kutte ned et tre eller hogge skogen uten en øks?, Selv den sterkeste av menn å trekke på et stykke tre i motsatte retninger kunne ikke fullføre ork. Likevel, generelt en heftig swing av en øks vil oppnå prestasjon med liten innsats.
I tillegg til øks, andre kjente verktøy som for eksempel en kniv, spade, plog og saks alle kan dra nytte av kile for å enkelt skille bundet materiale. Kan du tenke på andre enheter der kile er på jobb? Noen ganger er det vanskelig å identifisere kile i de ulike tekniske design i dag på grunn av de mange forskjellige utseender, det kan ha., Det er interessant, men når vi innser hvor kilen kan bli funnet på så mange ukjente steder, så vel som skroget på et skip, fly vinger, og selv våre fortennene!
Skru
Mens alle seks enkle maskiner har sin egen distinkte kvaliteter, bare skruen er i stand til å konvertere en roterende kraft til en gunstig lineær kraft. Dette karakteristiske er ønskelig i mange tekniske anvendelser hvor en roterende bevegelse er den eneste kilden til innsats tilgjengelig til å utføre arbeid, som en jet-motor., Lik kile, skruen (se Figur 5) er også nært knyttet til skråplan siden det er faktisk består av en skråning som er pakket rundt en sylinder. Den spiraled kantene rundt den sylindriske overflaten, ofte referert til som gjengene, gi skruen sin evne til å gjøre arbeid.
Siden ingeniører kan bruke denne maskinen til to forskjellige urelaterte anvendelser, skruen har to generelle klassifikasjonene: den festeskrue og løfte skruen. I motsetning til kilen, som er designet med muligheten til å kutte og eget materiale, og skru fast skruen brukes til å feste og bli med i to biter av materialet sammen. Denne type skrue vanligvis har skarpe gjenger som skar inn i deler som er satt sammen. Materialet til slutt blir presset og holdt sammen mellom hodet på skruen og sine tråder., Friksjon fra den grove tråder, på den annen side, holder skruen fra løsner over tid.
løfte skruen er den andre typen av skruen, som hovedsakelig er beregnet for løfting eller flytting av masse i en retning parallelt med aksen til skruen. Siden løfte skruen må rotere mange ganger for å fremme legg en kort avstand, med jobb, er gjort enklere med dens hjelp. Selv om det kan være vanskelig å visualisere, et flott eksempel på den løfte skruen er en vanlig propell funnet på et lite fly eller båt., Når propellen er spunnet av en roterende kraft levert av motoren, en lineær force er opprettet langs jordas rotasjonsakse å produsere skyvekraft. Luftfart ingeniører har også funnet dette verktøyet for å være svært gunstig for helikopterets rotorer og jetmotorer som godt.
I tillegg til propellen, en spiral trapp, mutter og bolt, woodscrew, auger, drill bits, snekkedrev, og vindmøllen er også gode eksempler på hvordan skruen er brukt i mange nyttig engineering systems i dag.