Простые механизмы. Подъемный механизм. Простые механизмы в быту

С самой древности человек пытается облегчить свой труд. Для этого он применяет различные приспособления. Что собой представляют простейшие механизмы? Какие существуют разновидности этих приспособлений? Чем отличаются простые и сложные механизмы? Об этом и многом другом – далее в статье.

Общая информация

Простые механизмы (от греч. "машина, орудие") – устройства, дающие выигрыш в силе. Некоторые из этих приспособлений появились в самой древности. Простые механизмы могут являться самостоятельными устройствами либо быть элементами более сложных агрегатов. В зависимости от типа конструкции определяется и сфера применения того или иного приспособления. Использование простых механизмов существенно облегчает человеческую деятельность. Такие устройства дают выигрыш в силе. К примеру, клин, который вбивается в полено, обладает большей силой, чем сам удар по приспособлению. Поэтому дерево быстро распирает в разные стороны. Вместе с этим, удар на клин приходится сверху вниз, а части полена раздвигаются в стороны. То есть в данном случае происходит еще и преобразование в направлении движения.

Простые механизмы. Примеры

Существует несколько видов приспособлений:

Наклонная плоскость

а) винт применяется в шурупах, как сверло в отбойных молотках, дрелях; может служить и как подъемный механизм (Архимедов винт);

б) клин способствует увеличению давления за счет концентрирования массы на небольшой площади. Применяется в пуле, лопате, копье.

Рычаг – приспособление, описанное Архимедом. Может выступать как спусковой крючок, выключатель.

а) ворот применяется для ременной передачи и поднятия воды из колодца.

Колесо (изобретено в 3 тыс. до н. э. шумерами) является составной частью системы зубчатой передачи, применяется в транспорте.

Поршень способствует использованию энергии нагретых расширяющихся газов либо пара. Применяется данное приспособление в паровых машинах и огнестрельном оружии.

Ворот

Это приспособление представляет собой барабан (цилиндр), к которому прикрепляется рукоятка. Как правило, его применяли как подъемный механизм для поднятия воды из колодца. Тот выигрыш в силе, какой получается при использовании ворота, определяется отношением радиуса той окружности, по которой совершается движение рукоятки, к радиусу цилиндра (барабана), на который наматывается веревка. К современному типу ворота относится лебедка. Это приспособление представляет собой систему, включающую цилиндр и два зубчатых колеса разного радиуса. Выигрыш в силе, который в общем дает лебедка, определяют совокупным действием двух воротов. Современные устройства дают выигрыш в сорок-сто раз.

Наклонная плоскость

Этот простой механизм также часто применяют при подъеме тяжелых тел. Выигрыш в силе определяют отношением длины самого приспособления к его высоте при условии малого трения. Зачастую, для создания большой силы (например, для работы ледокола или для колки дров) используют вид наклонной плоскости – клин. Его действие основывается на том, что при большом усилии в направлении обуха формируются большие силы, перпендикулярные боковым поверхностям устройства. Еще одной разновидностью наклонной плоскости является винт. Так же как и клин, это устройство способно менять направление либо числовое значение прилагаемой силы.

Простые механизмы. Рычаг

Это твердое тело, способное вращаться вокруг опоры (неподвижной). Наименьшее расстояние, которое разделяет точку опоры и прямую, вдоль которой воздействует сила на рычаг, называется плечом силы. Чтобы его найти, следует опустить перпендикуляр из точки опоры на линию действия усилия. Длина данного перпендикуляра и будет являться плечом. F1 и F2 – действующие на рычаг силы. Плечи, действующие на устройство – L1 и L2. Рычаг тогда находится в равновесии, когда действующие на него силы обратно пропорциональны плечам. Данное правило можно представить в виде формулы: F1 / F2 = L1 / L2. Этот принцип был установлен Архимедом. Данное правило показывает, что большую силу при помощи рычага можно уравновесить меньшей. Сила, приложенная к одному плечу, во столько раз больше той, что приложена к другому, во сколько одно плечо больше второго.

Как применяет приспособления человек сегодня?

Весьма распространены простые механизмы в быту. Так, достаточно сложно было бы открыть водопроводный кран, если бы не было у него небольшой ручки, которая представляет собой достаточно эффективный рычаг. То же можно сказать и о гаечном ключе, при помощи которого осуществляется откручивание или закручивание гаек или болтов. Чем длиннее рукоятка, тем легче будет осуществляться действие. Так, при работе с тяжелыми либо крупными гайками и болтами при ремонте сложных механизмов, станков, автомобилей, применяют ключи с рукоятками до одного метра в длину. Самая обычная дверь также является одним из видов рассматриваемых приспособлений.

Если пробовать открывать дверь возле ее крепления, то это будет весьма затруднительно. Однако чем дальше от петель располагается ручка, тем легче открыть дверь. Достаточно наглядным примером является прыжок с шестом. Его длина порядка пяти метров. При помощи этого рычага и правильно приложенного усилия спортсмену удается взлететь на высоту до шести метров. Длинное плечо составляет при этом примерно три метра. Рычаги встречаются и в разных частях человеческого тела и тела животного. Это, в частности, челюсти, конечности. Бытовыми примерами рычага являются кусачки, ножницы для резки металла или бумаги. Машины различного вида имеют в своей конструкции также приспособления, позволяющие получить выигрыш в силе. Например, педали либо ручной тормоз на велосипеде, ручки швейных машин, клавиши в пианино.

Комплексное применение приспособлений

Простые механизмы встречаются в самых разных сочетаниях. Комбинированные устройства включают в себя две и более детали. Не обязательно это будет сложным механизмом – многие простые приспособления можно считать комплексными. Так, в мясорубке присутствует ручка (ворот), проталкивающий мясо винт и нож-резак (клин). В наручных часах стрелки поворачиваются при помощи системы зубчатых колес, имеющих разный диаметр и находящихся друг с другом в сцеплении. Одним из известных комбинированных несложных механизмов является домкрат. В нем использовано сочетание ворота и винта.

Заключение

Как стало ясно, простые механизмы существенно облегчают труд человека. Они могут состоять из одной или нескольких деталей. При этом даже при наличии двух и более элементов могут оставаться простыми, но могут являться и достаточно сложными. Различные агрегаты, печатные прессы, двигатели включают в себя несколько деталей. Среди элементов есть и рычаги, блоки, винты, колеса на осях, наклонные плоскости, клин. Все эти приспособления работают в комплексе. Благодаря им человек существенно облегчает труд. Передача механической энергии от одной части устройства к другой может осуществляться по-разному. Цепи, ремни, шестерни или зубчатые колеса считаются наиболее распространенными устройствами, способствующими передаче усилия и заставляющими отдельные элементы двигаться медленнее или быстрее, в том или ином направлении. Сложными и высокоскоростными устройствами управляют, как правило, электронные приборы. Электрические датчики благодаря особой настройке показывают, когда необходимо включать тот или иной механизм, следят также за корректной и стабильной работой системы.

Многие устройства пришли в современную жизнь человека из самой древности. Люди постоянно совершенствуют сложные механизмы, расширяя таким образом сферу их применения. Несомненно, в повседневной жизни человека различные устройства занимают очень важное место. Многое невозможно представить без использования простых и сложных механизмов. Приспособления широко применяются в строительстве, сельском хозяйстве, при добыче полезных ископаемых и в прочих областях деятельности человека.