간단한 기계는 힘의 크기 나 방향을 변경 기계 장치이다. 일반적으로 힘을 높이기 위해 레버리지라고도하는 기계적 이점을 사용하는 가장 기본적인 장치로 정의 할 수 있습니다.
역사를 통틀어 인간은 작업을 용이하게하기 위해 다양한 장치를 개발했습니다. 가장 중요한 것은 레버, 휠 및 샤프트, 풀리, 경사면, 쐐기 및 나사의 여섯 가지 유형의 단순 기계로 알려져 있습니다.
출처 : John Mills
기계라는 단어를 들으면 굴삭기 나 증기 기관 같은 것을 떠 올립니다. 그러나 과학에서 기계는 힘을 더 크게 만드는 모든 것입니다.
기계는 하중이 이동하는 거리를 비례 적으로 감소시키면서 생성되는 힘의 양을 늘릴 수 있습니다. 기계적 장점은 생성 된 힘과 적용된 힘 사이의 관계라고합니다.
단순 기계는 단일 하중에 대해 작용하는 단일 적용된 힘을 사용합니다. 마찰 손실을 무시하면 하중에 대한 작업은 적용된 힘에 의해 수행되는 작업과 동일합니다.
원소 블록
간단한 기계는 어디에나 있으며 매일 간단한 작업을 수행하는 데 사용됩니다. 그들은 또한 인간 존재의 초기부터 사용되었습니다.
단순 기계는 복합 기계라고하는 모든 복잡한 기계가 구성되는 기본 블록으로 간주 할 수 있습니다.
예를 들어 자전거의 메커니즘에서는 풀리, 레버 및 바퀴가 사용됩니다. 복합 기계의 기계적 장점은이를 구성하는 단순 기계의 기계적 장점의 결과 일뿐입니다.
그러나 역학 및 응용 과학에서 계속해서 매우 중요한 것으로 간주되지만 현대 역학은 모든 기계가 구성되는 기본 블록으로서 단순 기계의 비전을 초월했습니다.
역사
초기 아이디어
기원전 3 세기 경. C.는 레버, 풀리 및 나사와 같은 단순 기계를 연구 한 그리스 철학자 아르키메데스와 함께 단순 기계의 아이디어를 시작했습니다.
그는 레버에서 기계적 이점의 원리를 발견했습니다. 지렛대에 대한 그의 유명한 논평 : "나에게 기댈 곳을 주시면 지구를 움직일 것입니다"라는 그의 말은 기계적 이점을 사용하여 달성 할 수있는 힘 증가의 양에 제한이 없다는 그의 이해를 표현합니다.
나중에 그리스 철학자들은 5 개의 고전적인 단순 기계를 정의하고 그들이 가진 기계적 이점을 계산할 수있었습니다.
예를 들어, 그의 작품 Mechanics에서 알렉산드리아의 Heron (10-75 AD)은 작동중인 하중을 설정할 수있는 5 개의 장치를 나열합니다.
그러나 그리스인에 대한 지식은 역학, 일의 개념 또는 힘과 거리 사이의 균형을 포함하지 않는 단순한 기계의 정적 (힘의 균형)에 국한되었습니다.
르네상스 시대
단순한 기계라고 불리는 기계적 힘의 역학은 적용될 수있는 힘과 더불어 하중이 얼마나 멀리 들어 올릴 수 있는지에 대한 관점에서 르네상스 시대에 연구되기 시작하여 결국 새로운 개념으로 이어졌습니다. 기계 작업.
경사면의 기계적 이점은 1586 년 플랑드르의 엔지니어 Simon Stevin에 의해 추론되었습니다. 다른 단순 기계와 함께 포함되었습니다.
이탈리아 과학자 Galileo Galilei는 1600 년 Le Meccaniche의 작품에서 단순 기계의 완전한 동적 이론을 자세히 설명했으며, 여기서 이러한 기계의 힘 증폭기로서 근본적인 수학적 유사성을 밝혔습니다. 그는 단순한 기계가 에너지를 생성하는 것이 아니라 단지 변형했다고 설명한 최초의 사람이었습니다.
Leonardo da Vinci는 기계에서 슬라이딩 마찰의 고전적인 규칙을 발견했지만 그의 입문서에 게시되거나 문서화되지 않았습니다. 1699 년 Guillaume Amontons는 이러한 규칙을 재발견했으며 1785 년 Charles-Augustin de Coulomb에 의해 개발되었습니다.
형질
단순 기계는 움직이는 부품이 없거나 거의없는 장치로 작업을 더 쉽게 만듭니다. 단순 기계의 주요 기능은 힘의 증폭이나 움직임의 수정입니다.
움직임과 힘
단순한 기계의 움직임과 힘은 분리 할 수 없습니다. 그들은 항상 역관계에 있습니다.
레버에 의해 생성되는 힘은 레버에 적용된 힘보다 크지 만 생성 된 움직임은 적용된 움직임보다 적습니다. 즉, 힘의 증가는 움직임의 손실을 동반합니다.
일
역학에서 작업은 힘이 작용하는 방향으로 움직일 때 작용하는 것입니다. 즉, 거리를 이동하기 위해 힘이 가해지면 일이 발생한다. 이것은 수학적으로 다음과 같이 표현됩니다 : 일 = 힘 × 거리.
예를 들어, 물체를 들어 올리려면 중력을 초과하는 작업을 수행하여 물체를 위쪽으로 이동할 수 있어야합니다.
물체를 두 배 더 무겁게 들어 올리려면 같은 거리로 들어 올리려면 두 배의 작업이 필요합니다. 또한 동일한 물체를 두 배 더 멀리 들어 올리려면 두 배의 작업이 필요합니다.
이 작업 개념은 힘과 움직임의 측면에서 단순 기계의 기계적 기능을 정의하는 데 기본이되며 힘과 움직임의 분리 가능성을 강조합니다.
기계적 장점
적용된 힘에 대해 일을 수행하는 힘 사이의 관계입니다. 따라서 단순 기계의 힘 증폭 효과입니다.
단순 기계의 기계적 장점은 물체를 이동하는 데 더 적은 힘을 사용할 수 있지만 더 먼 거리로 이동해야 함을 의미합니다.
많은 힘이 필요하기 때문에 작업이 어렵게 느껴지는 경우가 많습니다. 거리와 힘 사이의 균형을 사용하면 작업을 훨씬 쉽게 완료 할 수 있습니다.
예를 들어 무거운 물체를 경사로 아래로 밀고 있습니다. 물체를 올바른 높이로 들어 올리는 것보다 경사로 아래로 밀어 내리는 것이 더 쉽지만 더 먼 거리를 운반해야합니다.
심플 머신이란?
단순 기계는 다음 기능 중 하나 이상을 수행하여 작업을 더 쉽게 만듭니다.
-한 곳에서 다른 곳으로 힘을 옮깁니다.
-힘의 방향을 변경합니다.
-힘의 크기를 늘리십시오.
-힘의 거리를 늘립니다.
단순 기계는 다양한 형태를 취하지 만 6 가지 기본 유형이 있습니다.
-쐐기 : 사물을 분리하는 장치.
-휠 및 액슬 : 마찰을 줄이고 힘 승수로 사용됩니다.
-레버 : 지지점 주위를 이동하여 기계적 이점을 높이거나 낮 춥니 다.
-경사면 : 경사면을 오를 때 물건을 들어 올립니다.
-나사 : 항목을 함께 들어 올리거나 고정 할 수있는 장치입니다.
-풀리 : 힘의 방향을 변경합니다.
적용된 힘을 증가하십시오
단순한 기계는 인간이 물체에 가해지는 힘을 증가시키는 데 도움이됩니다. 그들은 물체를 이동하는 데 도움이되는 기계적 이점을 제공합니다.
작업 공식에서 알 수 있듯이 단순 기계의 주요 이점은 더 먼 거리에 더 적은 양의 힘을 적용하여 동일한 양의 작업을 수행 할 수 있다는 것입니다.
예를 들어, 무게가 10kg 인 물체를지면에서 2m 높이 들어 올릴 수 있습니다. 10kg의 힘이 2 미터 거리에서 위쪽 방향으로 물체에 가해져 20 뉴턴의 작업을 수행 할 수 있습니다.
3m 레버를 사용하는 경우, 물체를 한쪽 끝에 놓고 바 아래에 물체에서 1m 거리에있는 10cm 지렛대를 놓은 다음 물체를 들어 올리려면 다른 쪽 끝을 눌러야합니다. 단 5 킬로그램의 힘.
그러나 물체를 2m 만 들어 올리려면 레버 끝을 4m 아래로 눌러야합니다.
절충안이 있습니다. 레버를 내리면 이전 거리가 두 배가되지만 필요한 힘이 절반으로 줄어들어 같은 양의 작업을 수행합니다.
종류
지렛대
지지점으로 고정 받침점이있는 일종의 단단한 막대입니다. 이동하거나 들어 올릴 물체 인 하중, 피벗 인 지지점, 하중을 이동하거나 들어 올리는 데 필요한 힘인 노력으로 구성됩니다.
레버의 한쪽 끝에 힘을 가하면 다른 쪽 끝에 더 큰 힘이 생깁니다. 적용된 힘은 지지점에서 하중 및 응력까지의 거리에 따라 증가하거나 감소합니다.
윤축
작은 축에 부착 된 바퀴로 구성되어이 두 부분이 함께 회전하여 힘이 하나에서 다른 부분으로 전달됩니다. 힌지가 샤프트를지지하여 회전이 가능합니다.
멀리 떨어진 움직이는 물체의 작업을 용이하게합니다. 둥근 끝인 바퀴가 원통형 축과 함께 회전하여 이동합니다.
또한 힘을 증폭시킬 수 있습니다. 큰 바퀴의 둘레에 작은 힘을 가하면 축에 부착 된 더 큰 하중을 움직일 수 있습니다.
고패
팽팽한 로프의 이동 및 방향 변경을 지원하도록 설계되었습니다. 로프는 바퀴를 감 쌉니다. 바퀴가 돌아 가면 로프는 어떤 방향 으로든 움직입니다.
후크가 로프에 연결되면 바퀴의 회전을 사용하여 물체를 올리고 내릴 수있어 작업이 용이합니다.
경사면
한쪽 끝이 다른 쪽 끝보다 높고 하중을 올리거나 내리는 지지대로 사용되는 평평한 표면입니다. 그들은 수직 장애물 위로 무거운 짐을 옮기는 데 널리 사용됩니다.
물체를 경사면 위로 이동하면 직접 들어 올리는 것보다 힘이 덜 필요하지만 이동 거리가 늘어납니다.
경사면의 기계적 장점은 경사면의 길이와 덮는 높이의 비율과 같습니다.
요람
삼각형 모양의 도구입니다. 두 개체를 분리하거나, 개체 조각을 제거하거나, 들어올 리거나, 개체를 제자리에 고정하는 데 사용할 수 있습니다.
무딘 끝에 가해진 힘을 경사면에 수직 인 힘으로 변환하여 작동합니다.
기계적 이점은 경사 길이와 폭 사이의 관계에 있습니다.
나사
회전 운동을 선형 운동으로, 회전력 (토크)을 선형 힘으로 변환하는 메커니즘입니다. 나사는 실제로 또 다른 유형의 경사면입니다.
가장 일반적인 모양은 외부를 따라 나사라고 불리는 나선형 홈이있는 원통형 샤프트로 구성됩니다.
나사는 나사산과 맞 물리는 내부 나사산이있는 다른 물체 또는 매체의 구멍을 통과합니다.
예
레버
레버의 예로는 문 손잡이, 못 제거 망치의 발톱, 철제 레버, 조명 스위치, 병따개 및 경첩이 있습니다.
출처 : pixabay.com
바퀴와 축
그들은 선풍기, 모터, 회전문, 회전 목마, 자동차, 스케이트 보드, 자전거 등 모든 바퀴가 원을 그리며 돌아 다니는 곳에서 발견됩니다.
출처 : pixabay.com
풀리
커튼과 블라인드에 사용되어 위아래 또는 앞뒤로 움직입니다.
기둥에있는 깃발처럼 땅에서 무언가를 가져올 수 있습니다. 로프는 아래로 당겨 지지만 깃발은 올라갑니다.
그들은 또한 산업에서 무거운 하중을 올리고 내리기 위해, 선박에서 돛을 올리고 내리기 위해, 또는 움직이는 건설 장비에 사용되는 크레인에서 사용됩니다.
엘리베이터는 또한 풀리를 사용하여 차량을 바닥에서 바닥으로 위아래로 움직입니다.
출처 : pixabay.com
경사면
그들은 스쿠터 공원, 휠체어 경사로 및 트럭 뒤에서 무거운 장비를 옮기는 데 사용됩니다.
수정 된 경사로 버전은 계단, 에스컬레이터, 산책로, 심지어는 우편함에 우편물을 넣는 데 사용되는 슬라이드에서도 볼 수 있습니다.
출처 : pexels.com
요람
분리하는 데 사용되는 쐐기의 예로는 삽, 칼, 도끼, 곡괭이, 톱, 가위 또는 얼음 픽이 있습니다.
쐐기는 스테이플, 핀, 압정, 못 또는 도어 스톱의 경우와 같이 물건을 함께 고정 할 수도 있습니다.
출처 : pixabay.com
나사
드릴, 병 뚜껑, 전구, 볼트, 병 뚜껑, 수도꼭지 및 펜에 대한 예가 있습니다.
나사의 또 다른 용도는 나사 펌프라는 장치입니다. 물에 들어가는 거대한 나사 모양의 유압 기계입니다. 회전 할 때 나사 모양 덕분에 물이 꼬인 샤프트 위로 올라가 필요한 곳까지 올라갑니다. 스크류 펌프는 관개 및 농장과 같은 농업 환경에서 자주 사용됩니다.
출처 : pixabay.com
참고 문헌
- 무료 백과 사전, Wikipedia (2019). 간단한 기계. 출처 : en.wikipedia.org.
- 아이다 호 공영 텔레비전 (2019). 단순 기계 : 사실. 출처 : idahoptv.org.
- 짐 루카스 (2018). 6 가지 심플 머신 : 작업을 더욱 쉽게 라이브 과학. 출처 : livescience.com.
- 공학 교육 (2019). 공학 : 단순 기계. 출처 : teachengineering.org.
- 학생을위한 교사용 (2019). 심플 머신이란? 출처 : forteachersforstudents.com.au.
- 빅토리아 주 정부 (2019). 간단한 기계. 출처 : education.vic.gov.au.
- 벡스 IQ (2019). 6 가지 유형의 심플 머신. 출처 : vexrobotics.com.