Eine einfache Maschine ist ein mechanisches Gerät, das Kraft und Bewegung nutzt, um Arbeit auszuführen. Dabei handelt es sich um grundlegende Werkzeuge zur Vervielfachung oder Änderung der Richtung einer ausgeübten Kraft, wodurch die Arbeit erleichtert wird.
Es gibt sechs Haupttypen einfacher Maschinen: den Hebel, die Riemenscheibe, das Rad und die Achse, die schiefe Ebene, den Keil und die Schraube. Jede Art einfacher Maschine nutzt eine ausgeübte Kraft, um eine bestimmte Aufgabe auszuführen, beispielsweise das Heben eines schweren Gegenstands, das Bewegen einer Last oder das Teilen eines Gegenstands in zwei Teile.
Viele Werkzeuge und Geräte verwenden in ihren Konstruktionen Maschinen dieser Art. Das Verständnis dieser Maschinentypen ist für Ingenieurwesen und Technologie von grundlegender Bedeutung und war von grundlegender Bedeutung für die Entwicklung der meisten Erfindungen und Geräte, die wir heute verwenden.
Einfache Maschinen fallen in den Bereich der Mechanik in der Physik, insbesondere in den Zweig der Mechanik, der sich auf die Kinematik und Dynamik bewegter Objekte und die sie beherrschenden physikalischen Prinzipien konzentriert.
Funktionen einfacher Maschinen
Jede einfache Maschine verfügt über spezifische Funktionen, die die Arbeit erleichtern.
Zu den wichtigsten Funktionen dieser Geräte gehören die folgenden:
- Vervielfachen Sie die Kraft : Eine der Hauptfunktionen einfacher Maschinen besteht darin, die von uns ausgeübte Kraft zu erhöhen. Werkzeuge wie der Hebel, die Winde und der hydraulische Wagenheber ermöglichen es uns, an einem Ende der Maschine eine kleine Kraft auszuüben, um am anderen Ende eine viel größere Kraft zu erzeugen. Dies ist besonders nützlich, wenn es darum geht, schwere Gegenstände anzuheben oder zu bewegen.
- Ändern Sie die Richtung der Kraft : Viele einfache Maschinen, wie zum Beispiel die Riemenscheibe, ermöglichen es uns, die Richtung zu ändern, in die wir eine Kraft ausüben. Anstatt zum Beispiel eine schwere Last direkt nach oben heben zu müssen, können wir ein Seil mit einem Flaschenzug nach unten ziehen, was viel einfacher und sicherer ist.
- Geschwindigkeit und Bewegungssteuerung ändern : Einige einfache Maschinen, wie die schiefe Ebene oder der Keil, helfen uns, die Geschwindigkeit und Bewegung eines Objekts zu steuern. Eine schiefe Ebene ermöglicht es beispielsweise einem Objekt, sich langsamer nach unten zu bewegen, was das Bewegen sicherer macht und weniger Kraftaufwand erfordert, als es plötzlich anzuheben oder direkt zu schieben.
Arten einfacher Maschinen
Es gibt sechs Haupttypen einfacher Maschinen:
- Der Hebel : Es handelt sich um eine starre Stange, die sich um einen festen Punkt, den sogenannten Drehpunkt , dreht . Abhängig von der Lage des Drehpunkts, der ausgeübten Kraft und der Last kann ein Hebel die Kraft vervielfachen, die Richtung der Kraft ändern oder den Weg vergrößern, über den die Kraft ausgeübt wird. Ein alltägliches Beispiel ist ein Nagelzieher, bei dem eine kleine Kraft eine große Kraft zum Entfernen eines Nagels erzeugen kann.
- Die schiefe Ebene : Dieser Maschinentyp besteht aus einer geneigten Fläche, die den Transport schwerer Gegenstände von einer Ebene zur anderen erleichtert. Eine schiefe Ebene reduziert den Kraftaufwand, der zum Anheben eines Objekts erforderlich ist, indem es ermöglicht, es entlang eines Hangs nach oben zu bewegen, anstatt es direkt vertikal anzuheben. Rampen, die zum Heben von Lasten auf Fahrzeuge oder Gebäude dienen, sind klassische Beispiele für schiefe Ebenen.
- Die Riemenscheibe : Die Riemenscheibe ist ein Rad mit einem Kanal oder einer Rille, durch die ein Seil verläuft. Mithilfe einer Riemenscheibe können Sie die Richtung der ausgeübten Kraft ändern und so das Heben von Gegenständen erleichtern. Durch die Kombination mehrerer Flaschenzüge zu einem System namens Hebezeug können wir den Kraftaufwand zum Heben eines schweren Gegenstands erheblich reduzieren. Riemenscheiben sind in Kränen, Hebesystemen und Aufzügen unverzichtbar.
- Die Schraube : Die Schraube ist im Wesentlichen eine schiefe Ebene, die spiralförmig um einen Zylinder gewickelt ist. Es dient zum Halten oder Heben von Gegenständen und wandelt Drehbewegungen in lineare Bewegungen um. Beim Drehen einer Schraube wird eine große Kraft auf die Oberfläche ausgeübt, an der sie eingesetzt wird, was sie zu einem unverzichtbaren Werkzeug im Bauwesen und bei der Holzbearbeitung macht.
- Der Keil : Der Keil ist ein dreieckiges Gerät mit einer breiten Basis und einer scharfen Spitze. Seine Hauptfunktion besteht darin, Objekte zu spalten, indem die Kraft auf einen bestimmten Punkt konzentriert wird. Werkzeuge wie Messer, Äxte oder Meißel nutzen das Keilprinzip, um Materialien mit minimalem Kraftaufwand zu schneiden oder zu trennen.
- Die Winde : Die Winde (manchmal auch Radachse genannt) ist eine einfache Maschine, die aus einem Zylinder besteht, um den ein Seil oder Kabel gewickelt ist. Durch Drehen des Zylinders wird das Seil auf- oder abgewickelt, sodass Gegenstände mit weniger Kraftaufwand angehoben oder bewegt werden können. In alten Wasserbrunnen wurde der Eimer mithilfe einer Winde vom Grund des Brunnens angehoben, und auch heute noch wird sie in Kränen und Hebemechanismen verwendet.
Beispiele einfacher Maschinen
Hier sind einige gängige Beispiele für einfache Maschinen und wie sie verwendet werden:
Hebel
- Schere : Jeder Arm ist ein Hebel ersten Typs mit der Schraube als Drehpunkt, der die zum Schneiden von Materialien aufgebrachte Kraft vervielfacht.
- Nagelhammer : Die Rückseite fungiert als Hebel und hilft, Nägel mit weniger Kraftaufwand herauszuziehen.
- Mutternschlüssel : Mit dem langen Griff kann mehr Kraft zum Lösen oder Anziehen von Muttern aufgewendet werden.
- Flaschenöffner : Verwendet den Rand der Flasche als Drehpunkt und erleichtert so das Entfernen des Verschlusses mit geringer Kraft.
schiefe Ebene
- Rampen : Sie erleichtern den Transport schwerer Gegenstände in größere Höhen, ohne dass diese direkt angehoben werden müssen.
- Treppen : Eine schiefe Ebene in Form von Stufen, die den Kraftaufwand beim Aufstieg auf verschiedene Ebenen verringert.
- Rutschen : Sie ermöglichen einen kontrollierten Abstieg und nutzen die Schwerkraft, um die Bewegung zu erleichtern.
Rolle
- Kräne : Verwenden Sie Flaschenzugsysteme zum Heben schwerer Materialien und reduzieren Sie so den Kraftaufwand.
- Aufzüge : Riemenscheiben, die Aufzugskabinen bewegen und so den vertikalen Transport in Gebäuden erleichtern.
- Vorhänge : Riemenscheiben ermöglichen das Öffnen und Schließen schwerer Vorhänge durch Ziehen an einem Seil.
Schrauben
- Holzbearbeitungsschrauben : Wandeln Drehbewegungen in lineare Bewegungen um und halten Gegenstände fest.
Cuña
- Messer : Durch die scharfe Form des Keils kann die Kraft zum Schneiden von Materialien auf einen Punkt konzentriert werden.
- Nägel : Sie erleichtern das Einführen in Oberflächen, indem sie die Kraft an ihrer Spitze konzentrieren.