מאז ימי קדם, האדם מנסה להקל על עבודתו. לשם כך הוא משתמש במכשירים שונים. מהם המנגנונים הפשוטים ביותר? מהם סוגי המכשירים הללו? מה ההבדל בין מנגנונים פשוטים למורכבים? על זה ועוד הרבה יותר - בהמשך המאמר.
מידע כללי
מנגנונים פשוטים (מיוונית. "מכונה, כלי") - מכשירים שנותנים רווח בכוח. חלק מהמכשירים הללו הופיעו בעת העתיקה עצמה. מנגנונים פשוטים יכולים להיות מכשירים עצמאיים או להיות אלמנטים של יחידות מורכבות יותר. בהתאם לסוג הבנייה, נקבע גם היקפו של מכשיר זה או אחר. השימוש במנגנונים פשוטים מקל מאוד על פעילות האדם. מכשירים כאלה נותנים רווח בכוח. לדוגמה, לטריז שננעץ לתוך בול עץ יש יותר כוח מהמכה על המתקן עצמו. לכן, העץ מתפרץ במהירות לכיוונים שונים. במקביל, המכה על הטריז נופלת מלמעלה למטה, וחלקים מהבול מתרחקים לצדדים. כלומר, במקרה הזה יש גם טרנספורמציה בכיוון התנועה.
מנגנונים פשוטים. דוגמאות
יש כמה סוגים של מתקנים:
מטוס משופע
א) הבורג משמש בברגים, כמו מקדחה בפטישים, מקדחים; יכול לשמש גם כמנגנון הרמה (בורג ארכימדס);
b) הטריז תורם לעלייה בלחץ על ידי ריכוז המסה באזור קטן. משמש בכדור, חפירה, חנית.
מנוף הוא מכשיר שתואר על ידי ארכימדס. יכול לשמש כטריגר, מתג.
a) השער משמש להעברת רצועה והעלאת מים מהבאר.
הגלגל (הומצא בשנת 3000 לפני הספירה על ידי השומרים) הוא חלק בלתי נפרד ממערכת ההילוכים המשמשת לתחבורה.
הבוכנה תורמת לשימוש באנרגיה של גזים מתרחבים או קיטור מחוממים. מכשיר זה משמש במנועי קיטור וכלי נשק.
Gate
מכשיר זה הוא תוף (צילינדר) אליו מחוברת הידית. ככלל, הוא שימש כמנגנון הרמה להעלאת מים מבאר. הרווח בחוזק המתקבל בשימוש בשער נקבע על פי היחס בין רדיוס המעגל שלאורכו נעה הידית לרדיוס הגליל (תוף) עליו מלופף החבל. הכננת שייכת לסוג השער המודרני. מתקן זה הוא מערכת הכוללת צילינדר ושני הילוכים ברדיוסים שונים. הרווח בכוח, שבאופן כללי נותן את הכננת, נקבע על ידי הפעולה המשולבת של שני השערים. מכשירים מודרניים נותנים ניצחון של ארבעים מאות פעמים.
מטוס משופע
מנגנון פשוט זה משמש לעתים קרובות גם בעת הרמת גוף כבד. הרווח בכוח נקבע על פי היחס בין אורך המכשיר עצמו לגובהו, בכפוף לחיכוך נמוך. לעתים קרובות, כדי ליצור כוח גדול (למשל, להפעלת שוברת קרח או לחיתוך עצי הסקה), משתמשים בסוג של מישור משופע - טריז. פעולתו מבוססת על כך שבכוח גדול לכיוון התחת נוצרים כוחות גדולים הניצבים למשטחי הצד של המכשיר. סוג נוסף של מישור משופע הוא הבורג. בדיוק כמו טריז, התקן זה מסוגל לשנות את הכיוון או הערך המספרי של הכוח המופעל.
מנגנונים פשוטים. מנוף
זהו גוף קשיח המסוגל להסתובב סביב תומך (קבוע). המרחק הקטן ביותר שמפריד בין נקודת המשען לקו הישר שלאורכו פועל הכוח על הידית נקרא כתף הכוח. כדי למצוא אותו, עליך להוריד את הניצב מנקודת המשען לקו הפעולה של הכוח. אורכו של הניצב הזה יהיה הכתף. F1 ו-F2 הם הכוחות הפועלים על הידית. הזרועות הפועלות על המכשיר הן L1 ו-L2. המנוף נמצא אז בשיווי משקל כאשר הכוחות הפועלים עליו עומדים ביחס הפוך לכתפיים. ניתן לייצג כלל זה כנוסחה: F1 / F2=L1 / L2. עיקרון זה נקבע על ידי ארכימדס. כלל זה מראה שניתן לאזן כוח גדול עם מנוף על ידי כוח קטן יותר. הכוח המופעל על כתף אחת גדול פי כמה מזה המופעל על הכתף השנייה, ככל שכתף אחת גדולה יותרשנייה.
איך אנשים משתמשים בגאדג'טים היום?
מנגנונים פשוטים בחיי היומיום נפוצים מאוד. אז זה יהיה די קשה לפתוח ברז מים אם לא הייתה לו ידית קטנה, שהיא מנוף יעיל למדי. אותו הדבר ניתן לומר על מפתח הברגים, המשמש לשחרור או הידוק של אומים או ברגים. ככל שהידית ארוכה יותר, כך הפעולה תהיה קלה יותר. לכן, כאשר עובדים עם ברגים כבדים או גדולים בעת תיקון מנגנונים מורכבים, משתמשים בכלי מכונות, מכוניות, ברגים עם ידיות באורך של עד מטר אחד. הדלת הכי רגילה היא גם אחד מסוגי המכשירים המדוברים.
אם תנסה לפתוח את הדלת ליד ההידוק שלה, זה יהיה מאוד קשה. עם זאת, ככל שהידית ממוקמת רחוק יותר מהצירים, כך קל יותר לפתוח את הדלת. דוגמה טובה היא הקפיצה במוט. אורכו כחמישה מטרים. בעזרת מנוף זה והמאמץ הנכון, הספורטאי מצליח לעוף עד לגובה של עד שישה מטרים. הזרוע הארוכה היא כשלושה מטרים. מנופים נמצאים גם בחלקים שונים בגוף האדם ובגוף החי. אלה הם, במיוחד, לסתות, גפיים. דוגמאות ביתיות למנוף הן חותכי תיל, מספריים לחיתוך מתכת או נייר. למכונות מסוגים שונים יש גם מכשירים בעיצובם המאפשרים להשיג רווח בחוזק. לדוגמה, דוושות או בלם יד על אופניים, ידיות למכונת תפירה, מקשי פסנתר.
יישום מורכב של מתקנים
מנגנונים פשוטים נמצאים במגוון שילובים. התקנים משולבים כוללים שני חלקים או יותר. זה לא חייב להיות מנגנון מורכב - מכשירים פשוטים רבים יכולים להיחשב מורכבים. אז במטחנת הבשר יש ידית (שער), בורג שדוחף את הבשר וחותך סכינים (טריז). בשעוני יד מסובבים את המחוגים באמצעות מערכת גלגלי שיניים בעלי קטרים שונים ומשתלבים זה בזה. אחד המנגנונים הפשוטים המשולבים הידועים הוא ג'ק. הוא משתמש בשילוב של צווארון ובורג.
מסקנה
כפי שהתברר, מנגנונים פשוטים מקלים מאוד על עבודתו של אדם. הם עשויים להיות מורכבים מחלק אחד או יותר. יחד עם זאת, גם בנוכחות שני אלמנטים או יותר, הם יכולים להישאר פשוטים, אבל הם גם יכולים להיות מורכבים למדי. יחידות שונות, מכונות דפוס, מנועים כוללים מספר חלקים. בין האלמנטים יש מנופים, בלוקים, ברגים, גלגלים על צירים, מטוסים משופעים, טריז. כל המכשירים האלה עובדים ביחד. הודות להם, אדם מקל מאוד על העבודה. העברת אנרגיה מכנית מחלק אחד של המכשיר לאחר יכולה להתבצע בדרכים שונות. שרשראות, חגורות, גלגלי שיניים או גלגלי שיניים נחשבים למכשירים הנפוצים ביותר המסייעים בהעברת כוח וגורמים לאלמנטים בודדים לנוע לאט או מהר יותר, בכיוון זה או אחר. מכשירים מורכבים ומהירים נשלטים כמובדרך כלל מכשירים אלקטרוניים. חיישנים חשמליים, הודות להגדרה מיוחדת, מראים מתי יש צורך להפעיל מנגנון מסוים, הם גם מפקחים על הפעולה הנכונה והיציבה של המערכת.
מכשירים רבים הגיעו לחייו המודרניים של האדם מימי קדם. אנשים משפרים כל הזמן מנגנונים מורכבים, ובכך מרחיבים את היקף היישום שלהם. ללא ספק, בחיי היומיום של אדם, מכשירים שונים תופסים מקום חשוב מאוד. לא ניתן לדמיין הרבה ללא שימוש במנגנונים פשוטים ומורכבים. התקנים נמצאים בשימוש נרחב בבנייה, בחקלאות, בכרייה ובתחומים אחרים של פעילות אנושית.
