Простые механизмы

Физика > Простые механизмы

Простой механизм – устройство, изменяющее направление силы или увеличивающее ее. Выделяют 6 категорий.

Задача обучения

• Разобраться в том, как механизм использует силу для выполнения работы против силы нагрузки.

Основные пункты

• Разделение на 6 категорий появилось в эпоху Возрождения: рычаг, колесо и ось, ролик, наклонная плоскость, клин и винт.
• Простые механизмы могут объединяться с другими устройствами для создания более сложной конструкции. С их помощью объясняют процесс работы.
• Сила, вырабатываемая простым механизмом, способна превзойти изначальную.

Термины

• Механизм – механическое или электрическое устройство, выполняющее человеческие задачи.
• Система рычагов – увеличение силы при помощи рычага, совершающего обороты вокруг стержня.
• Механическое преимущество – соотношение полученной силы и изначальной.

Простые механизмы

Простой механизм – устройство, изменяющее направление или показатель силы. Это базовые приспособления, использующие рычаги для увеличения силы. Чаще всего этот термин употребляют для одной из 6 категорий, придуманных в эпоху Возрождения. Среди них:

• рычаг
• колесо и ось
• ролик
• наклонная плоскость
• клин
• винт.

Когда простой механизм соединяется с другим, формируется больший механизм, который можно разбить на детали и проследить элементарные движения в нем. Например, велосипед представлен колесами, рычагами и роликами.

Таблица простых механизмов из энциклопедии 1728 года. Простые механизмы играют роль словаря, при помощи которого можно освоить более сложные модели

Механика

Простой механизм обладает приложенной силой, функционирующей против силы нагрузки. Если не наблюдается траты на трение, то работа над нагрузкой приравнивается к работе прилагаемой силы. За счет пропорционального сокращения дистанции можно увеличить исходную силу. Если механизм не впитывает энергию, то механическое преимущество можно рассчитать из геометрии механизма. К примеру, механическое преимущество рычага = отношению всех рычагов.

Если простой механизм не расходует энергию на трение, то это идеальный механизм. В таком случае мощность подачи энергии приравнивается к мощности выхода энергии: P_in = P_out.

Количество создаваемой механизмом силы не может превосходить введенную

Другие примеры

Среди простых механизмов можно встретить лопаты и тачки. В них заметны три силы: входящая, исходящая и сила на оси вращения. В примере с тачками исходящая сила расположена между осью колеса и входной силой. В лопате – между осью поворота и нагрузкой.

Оба механизма применяют концепцию рычагов

---