תוֹכֶן
למרות שאתה עשוי לחשוב על מכונה כמערכת מורכבת של הילוכים, חגורות הנעה ומנוע, ההגדרה שהפיזיקאים משתמשים בה היא הרבה יותר פשוטה. מכונה היא פשוט מכשיר שאכן עובד, ויש רק שישה סוגים שונים של מכונות פשוטות. הם כוללים את המנוף, הגלגלת, הגלגל והציר, הבורג, טריז והמישור המשופע. היכולת של המכונה לבצע עבודות תלויה בשני מאפיינים: היתרון המכני שלה ויעילותה. ישנם שני סוגים של יתרון מכני. היתרון המכני המכני האידיאלי מניח יעילות מושלמת שאינה מהווה חיכוך ואילו היתרון המכני בפועל עושה זאת.
TL; DR (יותר מדי זמן; לא קרא)
ה- AMA של מכונה פשוטה הוא היחס בין הכוח לפלט לכוח הקלט. ה- IMA הוא היחס בין מרחק הקלט למרחק הפלט.
יתרון מכני בפועל
כל סוג של מכונה משדר אנרגיה מכנית, ומדד לתועלת שלה הוא היחס של כוח הפלט (FO) לכוח הקלט (Fאני). יחס זה הוא היתרון המכני בפועל:
AMA = FO/ ואני
אם יחס זה הוא אחד, המכונה המכנית אמנם לא מקלה על ביצוע העבודה, אך היא עשויה להעביר את האנרגיה לכיוון אחר. ציוד להנעת תולעת הוא דוגמה למכונה כזו. ברוב המכונות יש AMA גדול מאחד.
יתרון מכני אידיאלי
מכיוון שיש צורך בכמות מסוימת מכוח הקלט בכדי להתגבר על החיכוך, וכמות זו אינה ידועה, יכול להיות קושי למדוד יתרון מכני בפועל. היתרון המכני האידיאלי, לעומת זאת, הוא פשוט היחס בין מרחק הכניסה דאני למרחק הפלט דO.
IMA = Dאני/ דO
כדי להקל על העבודה על המשתמש, מרחק הקלט צריך להיות גדול ממרחק הפלט, ולכן יחס זה בדרך כלל גדול מאחד. זה גם גדול יותר מ- AMA, מכיוון שהוא לא לוקח בחשבון כוחות חיכוך המתנגדים לתנועה.
IMA מששת סוגי המכונות
כל המכונות האמיתיות הן שילוב של שש מכונות פשוטות, ושיטת חישוב ה- IMA משתנה עבור כל אחת מהן.
מנוף: מיקום נקודת המשען קובע את ה- IMA למנוף. במנוף מהשורה הראשונה נקודת המשען נמצאת תחת המנוף וממוקמת מרחקים דאני ו דO מקצות הכניסה והפלט בהתאמה. היתרון המכני המכני האידיאלי הוא אפוא:
IMA = Dאני/ דO
גלגל ואקסל: עם שני גלגלים קונצנטריים, כמו בשימוש בשילוב, אתה מקבל יתרון מכני על ידי הפעלת כוח על הגדול יותר וחיבור עומס לזה קטן יותר. ה- IMA להסדר זה הוא היחס בין רדיוס הגלגל הגדול יותר ר לזה של הקטן יותר r:
IMA = R / R
מישור משופע: היתרון המכני של מטוס נוטה גדל ככל שהשיפוע יורד, אך למרות שנדרש כוח קטן יותר כדי לדחוף אותו, המרחק שאתה צריך לדחוף אותו גדל. דחף את העומס למרחק ל לאורך המדרון כדי להעלות אותו לגובה חוהיתרון המכני האידיאלי הוא:
IMA = L / h
טריז: כמו מטוס נוטה, הכוח הדרוש לדחיפתו תחת עומס גדל עם המדרון, אך המרחק שה טריז צריך ללכת ל כדי להפריד בין המשטחים, את המרחק t עולה:
IMA = L / t
בורג: בורג הוא רק מישור נוטה עגול. עם כל סיבוב בורג אתה מסובב אותו מרחק שווה להיקף כדי להזיז אותו למרחק ע אל פני השטח הוא חודר. אם קוטר פיר הבורג הוא ד, היתרון המכני הוא:
IMA = 2πd / P
גלגלת: היתרון המכני של מערכת גלגלת תלוי רק במספר החבלים שיש לה. אם המספר הזה הוא נ, לאחר מכן
IMA = N