Zakład Doskonalenia Zawodowego w Białymstoku
Ośrodek Szkolenia Zawodowego w Giżycku
Szkoła Policealna dla Dorosłych
Technik BHP
Praca semestralna z przedmiotu Mechanika
prowadząca Agnieszka Biega
Maszyny proste – przykłady i warunki równowagi dla tych maszyn
Maria Bogdanowicz
Giżycko, 20.12.2010r.
Maszyny proste są to urządzenia, które w swoim działaniu wykorzystują różne prawa fizyczne, tak aby używając jak najmniejszej siły przesunąć, podnieść lub rozszczepić jakieś ciało. Główną zasadą ich działania jest to, że praca jaką należałoby wykonać aby daną czynność wykonać jest zamieniona na tą samą pracę, jednak przy wykorzystaniu znacznie mniejszej siły, za to zwiększeniu drogi na której ta siła ma działać. Tak więc, ważne jest aby pamiętać, że z fizycznego punktu widzenia maszyny proste nie zmniejszają potrzebnej pracy do wykonania określonej czynności, a jedynie ułatwiają człowiekowi jej wykonanie. Często się zdarza, że maszyny proste stanowią elementy składowe maszyn bardziej skomplikowanych.
Najczęściej spotykane maszyny proste to: dźwignie (jednostronna, dwustronna), krążki (bloczki), kołowrót, równia pochyła.
Dźwignia jednostronna - to belka lub pręt podparty lub zawieszony, na którym po tej samej stronie osi obrotu działają co najmniej dwie siły o przeciwnych zwrotach - siła działania jest przyłożona po tej samej stronie osi obrotu co siła użyteczna.
Dźwignia jednostronna także jest wykorzystywana do podnoszenia ciężkich przedmiotów, czy ich podważania. Jest to taki sam rodzaj belki, drążka, czy pręta, jak w przypadku dźwigni dwustronnej, jednak z tą różnicą, że punkt podparcia znajduje się na jednym z jej końców. W tym wypadku siła działania jest przyłożona po tej samej stronie osi obrotu co siła użyteczna.
WARUNEK RÓWNOWAGI DLA DŹWIGNI JEDNOSTRONNEJ
Aby dźwignia była w równowadze, siły przyłożone (F1 i F2) muszą być odwrotnie proporcjonalne do długości ramion (r1 i r2), czyli:
Przykłady dźwigni jednostronnej jest: dziadek do orzechów, taczka.
Dźwignia dwustronna
Dźwignię dwustronną najczęściej tworzy kawałek drewna, belka, lub metalowy pręt. Oprócz tego w skład dźwigni wchodzi także punkt podparcia, który to powinien być niewielkim wzniesieniem, wystającym z podłoża. Punkt ten powinien znajdować się pomiędzy końcami belki. Punkt podparcia stanowi także punkt, wokół którego dźwignia może się obracać - wyznacza jej oś obrotu. Na jednym z końców dźwigni powinien się znajdować ciężar, który to zamierzamy podnieść.
r1 , r2 – ramiona dźwigni
WARUNEK RÓWNOWAGI SIŁ NA DŹWIGNIĘ DWUSTRONNĄ
- jest taki sam jak przy dźwigni jednostronnej
Aby dźwignia była w równowadze, siły przyłożone po obu stronach jej ramion muszą być odwrotnie proporcjonalne do długości ramion.
Przykładami dźwigni dwustronnej są: nożyce, kombinerki, obcęgi, żuraw do czerpania wody ze studni.
Odmianą dźwigni dwustronnej jest blok, zwany też krążkiem.
Wyróżniamy dwa rodzaje krążków
krążki stałe: krążki ruchome:
r1 = r2 F = Fc
Krążek stały jest przykładem dźwigni dwustronnej równoramiennej, w której r1=r2 , z tego powodu nie zmienia on wartości siły F, a jedynie jej kierunek.
Krążek ruchomy - ciężar podnoszonego ciała rozkłada się na dwie równe i równoległe siły, z których jedna jest siłą czynną.
KOŁOWRÓT
Jednym z rodzajów maszyn prostych wykorzystywanych w życiu codziennym jest kołowrót.
Warunek równowagi kołowrotu jest taki sam jak przy powyższych maszynach prostych, czyli:
Zasada działania kołowrotu jest praktycznie identyczna z zasadą działania dźwigni. Różnica polega na tym, że korzystając z kołowrotu, można podnosić i przesuwać przedmioty na znaczne odległości. Poza tym kołowrót jest mechanizmem bardziej skomplikowanym od dźwigni, gdyż składa się z takich elementów, jak korba, wał, czy linka.
Przykładem kołowrotu jest: kierownica w samochodzie, klamka w drzwiach, pedał w rowerze, kurek przy zlewozmywaku, kołowrót wykorzystywany podczas transportu wody w wiadrze ze studni.
RÓWNIA POCHYŁA
W wielu przypadkach zamiast podnosić przedmiot na znaczną wysokość, wtacza się go lub wciąga po równi pochyłej.
Równia pochyła jest to ciało sztywne, którego jedna powierzchnia stanowi płaszczyznę ustawioną pod pewnym kątem do kierunku działania siły.
I – długość równi pochyłej
h – wysokość równi pochyłej
Równia pochyła to najczęściej deska położona pod pewnym kątem do poziomu. Dzięki zastosowaniu równi pochyłej, możliwe staje się wyniesienie ciała obdarzonego ciężarem na znaczną wysokość, przy stosunkowo niewielkiej sile działającej na to ciało (mniejszej od jego ciężaru). Dzięki temu, że powierzchnia równi jest nachylona pod pewnym kątem do poziomu, siła ciężkości działająca na ciało rozkłada się na dwie składowe. Aby przesunąć ciało w górę równi musimy zastosować tylko siłę przewyższającą jedną z tych składowych. Chociaż droga w tym wypadku jest większa, niż gdyby to ciało bezpośrednio podnieść do góry, to siła do potrzebna na wyniesienie ciała na tą wysokość jest znacznie mniejsza.
Z zastosowaniem równi pochyłej, spotykamy się na każdym kroku w naszym życiu codziennym. Np. podjazdy - aby umożliwić samochodem wjechanie na jakąś wysokość, buduje się drogi nachylone pod pewnym kątem do poziomu, ponieważ samochód nie mógłby wjechać na dane wzniesienie po pionowej ścianie. Samochód nie ma takiej mocy, aby pokonać własny ciężar, dlatego siła ciężkości musi zostać rozłożona za pomocą równi na składowe.
Innym przykładem równi pochyłej będą: schody, skocznie narciarskie, a także różnego rodzaju kliny używane jako gwoździe, siekiery, noże.
WARUNEK RÓWNOWAGI DLA RÓWNI POCHYŁEJ
Wartość siły F utrzymującej ciało w równowadze na równi jest tyle razy mniejsza od wartości jego ciężaru G, ile razy wysokość równi h jest mniejsza od długości równi l.
Od najdawniejszych czasów ludzie konstruowali urządzenia zwane maszynami, które ułatwiały im wykonywanie pracy. Maszyny mogą być bardzo skomplikowane (np. skrzynia biegów w samochodzie) lub proste (np. nożyczki do papieru). Pamiętajmy jednak, iż stosując maszyny proste zyskujemy na sile, ale nie na pracy, gdyż:
„Zgodnie z zasadą zachowania energii, praca wykonana nad danym układem bez maszyny prostej oraz z użyciem dowolnego zbioru maszyn prostych jest zawsze taka sama. Korzyść z użycia takiej maszyny polega na tym, że można np. użyć mniejszej siły, chociaż wówczas siła ta działa na dłuższej drodze, tak aby praca pozostała ta sama.”1
http://pl.wikipedia.org/wiki/Maszyny_proste↩