Tabla de Contenidos
Työ määritellään fysiikassa voiman kohdistamiseksi liikuttamaan esinettä tietyn matkan ; Työn säästäminen on yksinkertaisten koneiden perusperiaate. Yksinkertaiset koneet synnyttävät voiman, joka on suurempi kuin se, jota käytämme suoraan; näiden kahden voiman välinen suhde on koneen tarjoama mekaaninen etu. Kuvailemamme kuusi yksinkertaista konetta ovat olleet käytössä tuhansia vuosia, ja useita niistä kuvaili fyysisesti kreikkalainen filosofi Arkhimedes , joka eli vuosina 287–212 eaa. Kun nämä koneet yhdistetään, ne voivat tuottaa vielä suuremman mekaanisen edun, kuten polkupyörän tapauksessa.
Ensimmäinen muistiinpano sanan ”kone” ( machina ) käytöstä oli kreikaksi, ja kreikkalainen runoilija Homeros käytti sitä 800-luvulla eKr., joka käytti sitä viittaamaan poliittiseen manipulointiin. Kreikkalaisen näytelmäkirjailijan Aischyloksen, joka eli vuosina 523–426 eKr., ansioksi sanotaan käyttäneen sanaa teatterikoneisiin viitaten deus ex machina (”koneen jumala”). Tämä kone oli nosturi, joka nosti jumalia näyttelevät näyttelijät lavalle.
Katsotaanpa kuutta Archimedean-konetyyppiä:
Vipu
Vipu on yksinkertainen kone, joka koostuu jäykästä esineestä, vivusta (usein jonkinlaista taipumista kestävästä materiaalista valmistettu tango) ja tukipisteestä tai kääntöpisteestä. Voiman kohdistaminen jäykän esineen toiseen päähän saa sen pyörimään tukipisteen ympäri, jolloin voima siirtyy jäykän esineen toiseen päähän. Vipuja on kolme luokkaa riippuen siitä, mihin voima kohdistetaan, missä siirretty voima saadaan ja missä tukipisteessä on tukipiste. Ensimmäinen tietue vivun käytöstä oli vaa’ana noin 5000 eaa. Arkhimedesen ansiota sanotaan: ” Anna minulle vipu ja tukipiste, niin minä liikutan maapalloa .” Tunnettu keinupeli ja kottikärryt ovat jokapäiväisiä esimerkkejä vipuista.
Pyörä
Pyörä on pyöreä esine, joka on kiinnitetty keskeltä jäykkään tankoon, akseliin. Pyörään kohdistuva voima saa akselin pyörimään, mikä lisää pyöreään esineeseen kohdistettua voimaa suhteessa akseliin vaikuttavaan voimaan. Pyöreään esineeseen kohdistuvan voiman kattama etäisyys on suurempi kuin akseliin välittyvän voiman kattama etäisyys, mikä säästää työtä, kuten määritimme artikkelin alussa. Sitä vastoin akseliin kohdistettu voima sen pyörittämiseksi muuttuu pyörän pyörimiseksi, mikä tässä tapauksessa vahvistaa liikettä, pyörän kulkemaa matkaa. Pyörä voidaan tulkita myös vivun tyypiksi, jossa voima kohdistetaan pyörään ja siirretään kohtaan, jossa akseli liittyy pyöreään esineeseen.Mesopotamiassa noin 3500 eaa. Autonrenkaat ja polkupyörän pyörät ovat yleisimpiä arjen esimerkkejä pyörän ja akselin yhdistelmästä.
Kalteva taso
Kalteva taso on tasainen pinta, joka muodostaa kulman toisen pinnan kanssa. Jos esimerkiksi haluat nostaa kohteen, voit saada sen liukumaan pinnalle, joka muodostaa tietyn kulman vaakatasoon nähden sen sijaan, että nostaisi sitä suoraan. Tällä tavalla kohdistamme pienempää voimaa pidemmälle, jolloin säilytetään sama työ kuin jos olisimme nostaneet sitä suoraan. Tämä on pohjimmiltaan yksinkertaisin kalteva taso, ramppi; Vähemmän voimaa tarvitaan rampin kiipeämiseen korkeampaan korkeuteen kuin pystysuoraan kiipeämiseen, mutta matka on suurempi. Ramppeja käytettiin suurten rakennusten rakentamiseen ( monumentaaliarkkitehtuuri ) 10 000 – 8 500 eaa. Kirjassa On Plane EquilibriumArchimedes kuvaa erilaisten geometristen tasokuvioiden painopisteitä.
Kehto
Kiilaa pidetään usein kaksinkertaisena kaltevana tasona (kiilan molemmat puolet ovat kaltevia tasoja), joka liukuu kohdistaakseen voiman sivuillaan. Voima on kohtisuorassa kalteviin pintoihin nähden, joten se voi erottaa kaksi esinettä tai jakaa yhden kohteen kahteen osaan. Kirveet, veitset ja talttat ovat kiiloja. Ovikiila käyttää pintansa kitkavoimaa oven liikkeen estämiseen sen sijaan, että se jakaisi jotain kahteen osaan, mutta se on silti pohjimmiltaan kiila. Kiila on vanhin yksinkertainen kone, jota esi-isämme Homo erectus käyttivät ainakin 1,2 miljoonaa vuotta sitten kivityökalujen valmistukseen.
Ruuvi
Ruuvi on akseli, jonka pinnalla on kalteva ura. Kun ruuvi pyörii, kun sen akseliin kohdistetaan pari voimaa, voima välittyy kohtisuoraan rakoon nähden, jolloin pyörimisvoima muuttuu lineaariseksi voimaksi. Sitä käytetään usein esineiden liittämiseen, kuten tyypillisen ruuvin ja pultin tapauksessa. Mesopotamian babylonialaiset kehittivät ruuvin 700-luvulla eKr. kohottamaan vettä niin, että he pystyivät kastelemaan puutarhaa joesta tulevalla vedellä. Tämä kone tunnettiin myöhemmin Arkhimedeen ruuvina.
Talja
Hihnapyörä on pyörä, jonka reunassa on ura, johon voidaan kiinnittää köysi tai kaapeli. Sitä voidaan käyttää voiman suunnan muuttamiseksi tai vivun tai pyörän tapaan kohdistaa pienempää voimaa resultanttiin, mutta pidemmälle, jolloin molemmat voimat tekevät saman työn. Käytetty voima on se, joka syntyy köyden kiristämisestä. Monimutkaisia hihnapyöräjärjestelmiä voidaan käyttää vähentämään olennaisesti kohteen liikuttamiseen tarvittavaa voimaa yhdistämällä voiman suuntaa muuttavat hihnapyörät kohdistettavaa voimaa vähentäviin hihnapyöriin. Babylonialaiset käyttivät yksinkertaisia hihnapyöriä seitsemännellä vuosisadalla eKr. Kreikkalaiset keksivät ensimmäisen monimutkaisen, useita hihnapyöriä yhdistävän hihnapyöräjärjestelmän noin 400 eaa.
Lähteet
- Bautista Paz, Emilio et ai. Lyhyt kuvitettu koneiden ja mekanismien historia . Dordrecht, Saksa: Springer, 2010.
- Ceccarelli, Marco. Archimedesin panokset mekaniikasta ja mekanismien suunnittelusta . Mekanismi ja koneteoria 72 (2014) 86–93.
- Chondros, Thomas G. Archimedes elämä, teokset ja koneet. Mekanismi ja koneteoria 45 (2010) 1766–75.
- Pisano, Raffaele ja Danilo Capecchi. Archimedean juurista Torricellin mekaniikassa . Archimedesin nero: 23 vuosisadan vaikutusta matematiikkaan, tieteeseen ja tekniikkaan. toim. Paipetis, Stephans A. ja Marco Ceccarelli. International Conference, Syracuse, Italia, 8.-10.6.2010. Dordrecht, Saksa; Springer, 2010. 17–28.
- Waters, Shaun ja George A. Aggidis. Yli 2000 vuotta tarkasteltuna: Archimedes-ruuvin elvyttäminen, pumpusta turbiiniin . Renewable and Sustainable Energy Reviews 51 (2015) 497–505.
