Sepanjang sejarah, manusia telah mengembangkan beberapa peranti untuk memudahkan kerja. Yang paling ketara ini dikenali sebagai "enam mesin ringkas": roda dan gandar, tuil, satah condong, takal, skru, dan baji, walaupun tiga yang terakhir sebenarnya hanya sambungan atau gabungan yang pertama tiga.
Kerana kerja ditakrifkan sebagai kekuatan yang bertindak pada objek dalam arah gerakan, mesin membuat kerja lebih mudah dilakukan dengan mencapai satu atau lebih fungsi berikut, menurut Jefferson Lab:
- memindahkan satu pasukan dari satu tempat ke tempat lain,
- mengubah arah tentera,
- meningkatkan magnitud daya, atau
- meningkatkan jarak atau kelajuan daya.
Mesin mudah adalah alat yang tidak, atau sangat sedikit, menggerakkan bahagian yang memudahkan kerja. Banyak alat kompleks hari ini hanyalah gabungan atau bentuk yang lebih rumit dari enam mesin sederhana, menurut University of Colorado di Boulder. Sebagai contoh, kami mungkin melampirkan pemegang panjang ke batang untuk membuat kipas kaca, atau menggunakan blok dan mengatasi untuk menarik beban ke atas jalan. Walaupun mesin ini kelihatannya mudah, mereka terus memberi kami cara untuk melakukan banyak perkara yang tidak boleh kami lakukan tanpa mereka.
Roda dan gandar
Roda dianggap sebagai salah satu ciptaan yang paling penting dalam sejarah dunia. "Sebelum penciptaan roda pada 3500 B.C., manusia sangat terhad dalam berapa banyak barang yang kita dapat mengangkut tanah, dan sejauh mana," tulis Natalie Wolchover dalam artikel Live Science "Top 10 Inventions yang Berubah Dunia." "Kereta beroda memudahcarakan pertanian dan perdagangan dengan membolehkan pengangkutan barang ke dan dari pasaran, serta meringankan beban orang yang mengembara jauh."
Gear ini mengurangkan geseran yang dihadapi apabila objek dialihkan ke permukaan. "Jika anda meletakkan kabinet fail pada kereta kecil dengan roda, anda boleh mengurangkan daya yang anda perlukan untuk memindahkan kabinet dengan kelajuan yang berterusan," menurut Universiti Tennessee.
Dalam bukunya "Sains Purba: Prasejarah-AD 500" (Gareth Stevens, 2010), Charlie Samuels menulis, "Di bahagian dunia, objek berat seperti batu dan perahu dipindahkan menggunakan penggelek kayu. diambil dari belakang dan digantikan di hadapan. " Ini adalah langkah pertama dalam pembangunan roda.
Inovasi yang hebat, bagaimanapun, sedang memasang roda di atas gandar. Roda boleh dipasang pada gandar yang disokong oleh galas, atau ia boleh dibuat untuk beralih dengan bebas mengenai gandar. Ini membawa kepada pembangunan gerabak, gerabak dan kereta. Menurut Samuels, ahli arkeologi menggunakan pembangunan roda yang berputar pada gandar sebagai penunjuk tamadun yang agak maju. Bukti yang paling awal mengenai roda pada gandar adalah dari kira-kira 3200 SM. oleh Sumeria. Orang Cina secara bebas mencipta roda pada 2800 B.C.
Memaksa pengganda
Selain mengurangkan geseran, roda dan gandar juga boleh berfungsi sebagai pengganda daya, menurut Sains Quest dari Wiley. Sekiranya roda dilekatkan pada gandar, dan daya yang digunakan untuk menghidupkan roda, daya putaran, atau tork, pada gandar jauh lebih besar daripada daya yang digunakan pada rim roda. Sebagai alternatif, pemegang panjang boleh dipasang pada gandar untuk mencapai kesan yang sama.
Lima mesin yang lain semuanya membantu manusia meningkatkan dan / atau mengalihkan gaya yang dikenakan ke objek. Dalam buku mereka "Moving Big Things" (Ia adalah tentang masa, 2009), Janet L. Kolodner dan penulisnya menulis, "Mesin menyediakan kelebihan mekanikal untuk membantu objek bergerak. Kelebihan mekanikal ialah pergerakan antara daya dan jarak. " Dalam perbincangan berikut mengenai mesin mudah yang meningkatkan daya yang digunakan pada input mereka, kita akan mengabaikan daya geseran, kerana dalam kebanyakan kes ini, daya geseran sangat kecil berbanding dengan daya input dan keluaran yang terlibat.
Apabila daya dikenakan ke atas jarak jauh, ia menghasilkan kerja. Secara matematik, ini dinyatakan sebagai W = F × D. Sebagai contoh, untuk mengangkat objek, kita mesti melakukan kerja untuk mengatasi daya graviti dan menggerakkan objek ke atas. Untuk mengangkat objek yang dua kali lebih berat, ia memerlukan kerja dua kali lebih banyak untuk mengangkat jarak yang sama. Ia juga memerlukan kerja dua kali lebih banyak untuk mengangkat objek yang sama dua kali setakat ini. Seperti yang ditunjukkan oleh matematik, faedah utama mesin adalah bahawa mereka membenarkan kami melakukan jumlah kerja yang sama dengan menggunakan kekuatan yang lebih kecil dalam jarak yang lebih besar.
Lever
"Berikan saya tuas dan tempat untuk berdiri, dan saya akan memindahkan dunia." Tuntutan yang membanggakan ini dikaitkan dengan ahli falsafah Yunani abad ketiga, ahli matematik dan penyelidik Archimedes. Walaupun ia mungkin sedikit keterlaluan, ia menyatakan kekuatan leverage, yang, sekurang-kurangnya kiasan, bergerak ke dunia.
Genius Archimedes menyedari bahawa untuk mencapai jumlah yang sama atau bekerja, seseorang dapat melakukan pertukaran antara daya dan jarak menggunakan tuas. Undang-undang Lever menyatakan, "Keagungan berada dalam keseimbangan pada jarak yang seimbang berbanding dengan beratnya," menurut "Archimedes dalam abad ke-21," sebuah buku maya oleh Chris Rorres di New York University.
Tuas ini terdiri daripada rasuk panjang dan fulcrum, atau pivot. Kelebihan mekanikal tuil bergantung kepada nisbah panjang rasuk di kedua-dua sisi fulcrum.
Sebagai contoh, katakan kami ingin mengangkat 100 lb. (45 kilogram) berat 2 kaki (61 sentimeter) dari tanah. Kita boleh mengerahkan 100 lbs. daya pada berat di arah menaik untuk jarak 2 kaki, dan kami telah melakukan 200 paun-kaki (271 Newton-meter) kerja. Walau bagaimanapun, jika kita menggunakan tuas 30 kaki (9 m) dengan satu hujung di bawah berat dan fulcrum 1 kaki (30.5 cm) diletakkan di bawah rasuk 10 kaki (3 m) dari berat, kita hanya akan mempunyai untuk menolak di hujung yang lain dengan 50 paun. (23 kg) untuk mengangkat berat badan. Walau bagaimanapun, kita perlu menolak akhir tuil ke bawah 4 kaki (1.2 m) untuk mengangkat berat 2 kaki. Kami telah membuat perdagangan di mana kami menggandakan jarak yang kami terpaksa menggerakkan tuil, tetapi kami mengurangkan tenaga yang diperlukan sebanyak separuh untuk melakukan kerja yang sama.
Pesawat terpilih
Pesawat cenderung hanya permukaan rata yang dinaikkan pada sudut, seperti jalan. Menurut Bob Williams, seorang profesor di jurusan kejuruteraan mekanikal di Russ College of Engineering and Technology di Ohio University, pesawat yang cenderung merupakan cara mengangkat beban yang terlalu berat untuk mengangkat lurus. Sudut (kecurian satah miring) menentukan berapa banyak usaha diperlukan untuk menaikkan berat badan. Yang curam jalan, lebih banyak usaha diperlukan. Ini bermakna jika kita mengangkat 100 lb kita. berat 2 kaki dengan melancarkan jalan 4-kaki, kami mengurangkan tenaga yang diperlukan sebanyak separuh manakala menggandakan jarak yang mesti dipindahkan. Sekiranya kita menggunakan jalan 8 kaki (2.4 m), kita dapat mengurangkan kekuatan yang diperlukan hanya 25 lbs. (11.3 kg).
Pulley
Jika kita mahu mengangkat 100-lb yang sama. berat dengan tali, kita boleh melampirkan katri kepada rasuk di atas berat badan. Ini akan membolehkan kita turun dan bukannya pada tali, tetapi ia masih memerlukan 100 lbs. kekerasan. Walau bagaimanapun, jika kita menggunakan dua kendi - satu dilampirkan pada rasuk atas, dan satu lagi dilampirkan pada berat - dan kami akan melampirkan satu hujung tali ke rasuk, mengalir melalui kapi pada berat dan kemudian melalui pulley pada rasuk, kita hanya perlu tarik tali dengan 50 kg. daya untuk mengangkat berat, walaupun kita perlu tarik tali 4 kaki untuk mengangkat berat 2 kaki. Sekali lagi, kami telah memperdagangkan jarak yang lebih tinggi untuk daya berkurangan.
Sekiranya kita mahu menggunakan kekerasan lebih jauh ke atas jarak yang jauh lebih besar, kita boleh menggunakan blok dan mengatasi. Mengikut bahan kursus dari University of South Carolina, "Blok dan mengatasi adalah kombinasi kapi yang dapat mengurangkan jumlah daya yang diperlukan untuk mengangkat sesuatu. Perdagangan adalah panjang tali yang lebih panjang diperlukan untuk blok dan mengatasi untuk memindahkan sesuatu jarak yang sama. "
Sebaik sahaja pulpa adalah, mereka masih mencari penggunaan dalam mesin baru yang paling canggih. Sebagai contoh, Hangprinter, pencetak 3D yang boleh membina objek bersaiz perabot, menggunakan sistem wayar dan kimpalan dikendalikan komputer yang berlabuh di dinding, lantai, dan siling.
Skru
"Skru pada dasarnya adalah pesawat lekukan panjang yang dibalut dengan aci, jadi kelebihan mekanikalnya boleh didekati dengan cara yang sama seperti lekuk," menurut HyperPhysics, sebuah laman web yang dihasilkan oleh Georgia State University. Ramai peranti menggunakan skru untuk menggerakkan daya yang jauh lebih besar daripada daya yang digunakan untuk menjadikan skru. Peranti ini termasuk kejutan bangku dan kacang lug pada roda kereta. Mereka mendapat kelebihan mekanikal bukan sahaja dari skru itu sendiri tetapi juga, dalam banyak kes, dari leverage pemegang panjang yang digunakan untuk menjadikan skru.
Baji
Menurut Institut Perlombongan dan Teknologi New Mexico, "Wedges bergerak pesawat cenderung yang didorong di bawah beban untuk mengangkat, atau menjadi beban untuk berpisah atau terpisah." Baji yang lebih panjang dan nipis memberikan lebih banyak kelebihan mekanikal daripada baji yang lebih pendek dan lebih lebar, tetapi baji mempunyai sesuatu yang lain: Fungsi utama baji adalah untuk menukar arah daya masukan. Sebagai contoh, jika kita mahu memecah log, kita boleh memacu baji ke bawah ke dalam akhir log dengan kekuatan yang besar menggunakan sledgehammer, dan baji akan mengalihkan gaya ini ke luar, menyebabkan kayu berpecah. Satu lagi contoh ialah pintu masuk, di mana daya yang digunakan untuk menolaknya di bawah tepi pintu dipindahkan ke bawah, menyebabkan daya geseran yang menentang gelongsor melintasi lantai.
Cari beberapa aktiviti yang menyeronokkan yang melibatkan mesin mudah di Muzium Sains dan Industri di Chicago.
