Maszyny proste nie zmniejszają pracy, ułatwiają jedynie jej wykonanie. Pozwalają na to, żeby mniejszą siłą działać na dłuższej drodze i wykonać taką samą pracę jak przy działaniu dużą siłą na krótszej drodze. Podstawowymi cechami maszyny prostej są przełożenie siły czyli stosunek obciążenia do siły działającej; przełożenie prędkości i sprawność, czyli stosunek pracy wykonanej przez obciążenie do pracy wykonanej przez siłę działającą. Najbardziej popularnymi maszynami prostymi są: dźwignia jednostronna i dwustronna, równia pochyła, klin, śruba kołowrót, blok nieruchomy i ruchomy(tzw. krążki nieruchome i ruchome), wielokrążki oraz przekładnia zębata. Maszyny te pozwalają zastąpić dużą siłę znacznie mniejszą, będąc jednak w zgodzie z zasadą zachowania energii i regułą równoważenia się sił.

ZASTOSOWANIE

Maszyny proste używamy praktycznie wszędzie: w domu, w pracy, w szkole, na budowie, głównie dlatego, że ułatwiają one wykonywanie pracy, a trzeba też dodać, że wykorzystanie maszyn prostych jest niezbędne i niejednokrotnie wymuszone. Zasada dźwigni jednostronnej znalazła zastosowanie między innymi przy konstrukcji podnośników samochodowych i taczek. Podnośnik, inaczej lewar ,to rodzaj dźwignicy do podnoszenia na stosunkowo niewielką wysokość ciężarów, pod które podstawia się lewar lub które umieszcza się bezpośrednio na nim. Również nasze ciało jest podtrzymywane systemem mocnych dźwigni, które tworzą szkielet. Dzięki temu, że kości połączone są stawami możemy się poruszać i podnosić przedmioty. Stawy i kości tworzą również dźwignię jednostronną. Łopata, młotek, szczypce, pinceta, dziadek do orzechów są także przykładem dźwigni jednostronnej. Typowym przykładem dźwigni dwustronnej jest huśtawka. Podnosząc w górę przedmiot posługujemy się również dźwignią-dźwignią mięśni i kości swego ramienia. Jest to przykład maszyny prostej\" powiększającej siłę\". Współczesne dźwignie dwustronne stosowane są jako element konstrukcyjny wielu narzędzi np.: nożyczek, obcęg, łomów, kleszczy, otwieraczy do konserw, różnych przyrządów pomiarowych(czujników),części maszyn, np. w dźwigni zmiany biegów w samochodzie, dźwigni zaworów w silniku, dźwigni sterowania obrabiarkami oraz w urządzeniach dźwigowych. Najstarszą formą dźwigni dwustronnej były żurawie. Dźwignia ma również praktyczne zastosowanie w maszynach typu ładowarki, koparki, niciarki, strugarki poprzeczne czy silniki spalinowe. Dźwignice służą do przenoszenia lub podnoszenia ciężarów, które pracują w sposób przerywany tzn. włączane są tylko na czas potrzebny do przetransportowania jakiegoś ładunku i mające ograniczony zasięg transportu, zależny od rodzaju dźwigni. Rozróżniamy dźwignice portowe, bramowe, jednoszynowe, jezdniowe, masztowe, pływające, samochodowe czy wieżowe. Dźwignice są stosowane bardzo szeroko w transporcie wewnątrzzakładowym w różnych gałęziach przemysłu, w budownictwie - m. in. przy montażu różnych konstrukcji, w portach-głównie przy pracach załadunkowych i wyładunkowych itp. Suwnica jest to jeden z przykładów zastosowania kołowrotu i wielokrążków, złożona z przejezdnego ustroju nośnego o kształcie mostu, pomostu, bramy lub półbramy, jeżdżącego po niej wózka na którym zawieszone jest urządzenie do ujmowania ciężaru(hak lub chwytak), oraz mechanizmów do przemieszczania mostu(mechanizm jezdny suwnicy),wózka i ciężaru. Suwnica przemieszcza ładunek w przestrzeni ograniczonej wysokością podnoszenia, skrajnymi położeniami wciągnika lub wózka i skrajnymi położeniami suwnicy. Suwnice są stosowane w przypadku potrzeby obsługiwania wielu punktów prostej hali lub otwartej przestrzeni. Dlatego poza zespołami pomieszczeń stosuje się dźwignice przesuwane. Zastosowanie dźwigni wykorzystano również przy konstrukcji wagi laboratoryjnej. Wagi są stosowane od czasów starożytnych. Ważenie polega na porównaniu masy towaru z wzorcem masy. Przykładem równi pochyłej są m.in. schody, zjeżdżalnia, pochylnia, podnośnia. Pochylnia to w górnictwie pochyłe wyrobisko korytarzowe łączące dwa chodniki znajdujące się na różnych poziomach. Natomiast w budownictwie to część budowli lub drogi, której górna, użytkowa powierzchnia jest równią pochyłą, przystosowaną do pokonywania różnic wysokości. Pochylnie budowlane występują w zakładach przemysłowych, garażach, a ostatnio coraz częściej na ulicach i przy budynkach użyteczności publicznej w ramach likwidowania barier architektonicznych(przeszkód zamykających dostęp osobom kalekim na wózkach inwalidzkich np. schodów, podestów, wąskich drzwi, różnic poziomów itp.).Chcąc umożliwić dojście do mieszkania lub budynku wykorzystujemy w tym celu schody, chociaż ostatnio są one wypierane przez różne warianty pochylni wjazdowej z tego względu, że pochylnia umożliwia dodatkowy dostęp osobom niepełnosprawnym poruszającym się na wózkach inwalidzkich do wszelkich budynków. Równia pochyła została również wykorzystana w rehabilitacji do prowadzenia ćwiczeń rehabilitacyjnych z pacjentami(kliny rehabilitacyjne, pochylnie rehabilitacyjne, schody, zjeżdżalnie).Klin jako jedna z maszyn prostych służący do rozszczepiania materiałów jak i łączenia różnych części maszyn za pomocą połączenia klinowego. Klinem jest ostrze siekiery ,które rozłupuje drewno dzięki temu, że energię uderzenia w dół kieruje na boki, gdzie wywiera ona siłę potrzebną do rozłupania drewna. Zastosowanie śruby jako maszyny prostej jest rozpowszechnione we wszystkich dziedzinach życia człowieka. Nie możemy sobie wyobrazić skonstruowania jakiegokolwiek przedmiotu bez śruby czy jakiejkolwiek maszyny. Używana jest w każdym rodzaju przemysłu, montowniach .in. w montowniach maszyn budowlanych, do mocowania felg samochodowych zakładach remontowych i wszędzie tam, gdzie wytrzymałość i jakość są priorytetami. Również zastosowanie śruby jest widoczne w czerpadle śrubowym (śrubie Archimedesa).Czerpadła śrubowe służą do podnoszenia wody przy odwadnianiu i nawadnianiu terenów, do odprowadzania ścieków i do przenoszenia cieczy gęstych. Typowym przykładem zastosowania kołowrotu i przekładni zębatej jest wciągnik, który służy do podnoszenia, opuszczania i transportu ładunku na torach prostych i zakrzywionych. Rozróżnia się wciągniki bliźniacze, stojakowe, tarczowe, wielobębnowe, ręczne, elektryczne, linowe, łańcuchowe itp. Kołowroty znalazły zastosowanie jako części różnych maszyn, w których rolę korby spełniają koła pasowe. Oprócz tego stosuje się je głównie na statkach przy załadunku materiału oraz do podnoszenia kotwic, a czasem do przyciągania i cumowania statków. Również wykorzystano ich własności w budownictwie m.in. jako drzwi obrotowe, tripody i bramki przejściowe. Urządzenia te przeznaczone są do niezwykle dokładnej, wielokrotnej kontroli ruchu osobowego. Idea bloku ruchomego została wykorzystana m.in. w technice ratunkowej, np. w kajakarstwie górskim do wyciągania zaklinowanych kajaków. Polega ona na przeciągnięciu napiętej liny pomiędzy uchwytem na kajaku, a stałym punktem (np. drzewem) na lądzie. Jeden koniec liny przyczepiony jest do stałego punktu (drzewa, skały), a za drugi ciągną ratownicy. Wielokrążki, które łączą w swojej konstrukcji elementy bloku nieruchomego i ruchomego, znalazły zastosowanie w prawie każdej gałęzi przemysłu do podnoszenia lub przeciągania ładunków w dowolnym kierunku. Są narzędziami wszechstronnymi we wszelkiego rodzaju pracach budowlanych, remontowych i montażowych. Miplikator, to maszyna łącząca w sobie trzy maszyny proste: dźwignię, kołowrót i przekładnię zębatą. Jest to kołowrotek wędkarski o szpuli ruchomej, posiadający przekładnię zębatą, zwiększającą obroty szpuli względem obrotów korbki kołowrotka. Wszystkie te czynniki predysponują ten rodzaj kołowrotka do połowów w morzu. Obrabiarka to maszyna robocza gdzie również pojawia się przekładnia zębata. Nadaje ona obrabianym przedmiotom odpowiednie kształty, wymiary i gładkość powierzchni. Zastosowanie przekładni zębatej jest bardzo powszechne w maszynach typu pilarki, przecinarki, pilnikarki, wyrzynarki oraz w kosiarce. Element przekładni jest również wykorzystany w skrzyni biegów. Reduktor jest również przykładem wykorzystania przekładni zębatej. .Jest to stosowana w technice przekładnia redukcyjna, cierna, cięgnowa lub zębata służąca do zmniejszania prędkości kątowej wału napędzanego w porównaniu z prędkością kątową wału napędzającego.

Maszyny proste mogą stanowić samodzielną konstrukcję lub też podstawy budowy maszyn prostych wykorzystywane są w wielu urządzeniach technicznych o bardziej skomplikowanej budowie.

Do maszyn prostych zalicza się:

- dźwignie: jednostronną i dwustronną

- równię pochyłą

- przekładnię zębatą

- śrubę

- kliny

- bloczki

Przykładem najprostszych dźwigni mogą być kawałki deski czy chociażby linijka. Dzięki dźwigni można podnosić przedmioty o dużych masach. Użycie dźwigni wymaga przyłożenia dużo mniejszej siły niż byłoby to konieczne bez tego mechanizmu.

Dzięki dźwigni można także podważać rozmaite przedmioty, a także rozdzielać złączone elementy.

Maszyny proste ułatwiają wykonywaną pracę przez zamianę pracy , którą siła wykonuje na pewnej drodze na odpowiednio mniejsze prace, ale na drodze dłuższej. Sumaryczna praca pozostaje jednak bez zmian. Takie urządzenia najczęściej wykorzystuje się do podnoszenia czy przesuwania przedmiotów o dużych masach.

O wszechstronności zastosowań maszyn prostych wiedzieli już starożytni.. Pojawiają się chociażby w pracach Arystotelesa czy Archimedesa. Głównie mówiono o kołowrotkach, dźwigniach i krążkach.

Maszyn prostych używa każdy z nas na co dzień, nie zawsze zdając sobie z tego sprawę. Czasem ułatwiają tylko wykonanie czynności, ale czasem bez ich zastosowania wykonanie pracy byłoby niemożliwe.

Konstrukcje maszyn prostych wykorzystywane są w wielu urządzeniach używanych w domu. Należy tu wymienić chociażby nożyczki, kombinerki czy wagi. Elementy maszyn prostych zawarte są także prostych rowerach, taczkach i bardziej skomplikowanych konstrukcjach jakimi są roboty.

Maszyny proste

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, ale 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.

Przykłady maszyn prostych:

- dźwignia jednostronna

- dźwignia dwustronna

- klin

- śruba

- bloczki

- równia pochyła

- przekładnia zębata

- kołowrót

Dźwignia

Dźwignie najczęściej stanowi kawałek pręta, deski, lub zwyczajny kij. Dźwignie bardzo często wykorzystywane są przy podnoszeniu bardzo ciężkich przedmiotów. Dźwignia sprawia, że aby podnieść dane ciało, możemy użyć siły dużo mniejszej, niż ciężar tego ciała. Oprócz tego, dźwignia może także służyć do przetaczania różnych przedmiotów, czy rozdzielania od siebie mocno ze sobą połączonych ciał, jak to jest w przypadku "łapy" służącej do wyciągania gwoździ.

Dźwignie możemy podzielić na dwa rodzaje, ze względu na to gdzie usytuowany jest punkt podparcia takiej dźwigni. I tak wyróżniamy:

- dźwignie dwustronną

- dźwignie jednostronną

Z punktu widzenia teoretycznego, za pomocą można by podnieść dowolny ciężar, o ile tylko miałoby się odpowiedniej długości dźwignię i punkt podparcia. Już sam Arystoteles powiedziała: "Dajcie mi tylko punkt podparcia, a poruszę Ziemię". Jednak w rzeczywistości jest to praktycznie niemożliwe. Otóż, każdy materiał charakteryzuje się określoną wytrzymałością. Więc kiedy ciężar ciała przekroczy wytrzymałość takiej dźwigni, to może dojść do jej zgięcia, a w ostateczności do jej złamania. Wracając jeszcze do słów Arystotelesa, to jak wszyscy doskonale wiemy, Ziemia już sama się porusza. Krąży ona wokół Słońca po orbicie, a dodatkowo obraca się wokół własnej osi. Więc nie ma potrzeby jej dodatkowo poruszać

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.

Przy opisie sił działających na dźwignię korzysta się z dwóch pojęć - dwóch rodzajów sił:

- siła użyteczna - jest to siła która jest na potrzebna do określonej czynności (np. do podniesienia ciała) - jest to na ogół większa siła

- siła działania - jest to siła z jaką musimy podziałać na jeden z końców dźwigni, aby zamienić ją na siłę użyteczną

Dźwignia jednostronna

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.

Kołowrót

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.

Kołowrót pod względem działania, może w pewnych momentach przypominać mechanizm działania dźwigni jednostronnej, a w innych dwustronnej.

Równia pochyła

Równia pochyła jest obiektem bardzo często wykorzystywanym przez nauczycieli do demonstracji podstawowych sił działających na ciało. Przez to też, równia stała się zmorą wszystkich uczniów, szczególnie w pierwszych ich etapach poznawania fizyki. Dzięki równi pochyłej można stosunkowo łatwo, z punktu widzenia nauczyciela wytłumaczyć uczniom, zasady, jakie stosuje się w mechanice do opisania sił działających na dane ciało.

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. 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.

Klin

Klin jest szczególnym wykorzystaniem równi pochyłej. Jest on wykorzystywany do rozdzielania silnie ze sobą połączonych powierzchni, lub wręcz do rozdzielania ciał na części (np. do rozszczepiania kawałków drewna).

Klin jest bardzo efektywnym narzędziem, ponieważ może dostarczać bardzo dużego zysku na sile.

---