Công được định nghĩa trong vật lý là tác dụng của một lực để di chuyển một vật đi một khoảng cách nhất định ; Bảo toàn công là nguyên tắc cơ bản của máy đơn giản. Những cỗ máy đơn giản tạo ra một lực lớn hơn lực mà chúng ta tác dụng trực tiếp; mối quan hệ giữa hai lực này là lợi thế cơ học mà máy mang lại. Sáu cỗ máy đơn giản mà chúng tôi mô tả ở đây đã được sử dụng hàng nghìn năm và một vài trong số chúng đã được mô tả vật lý bởi nhà triết học Hy Lạp Archimedes , người sống từ năm 287 đến năm 212 trước Công nguyên. Khi các máy này được kết hợp với nhau, chúng có thể tạo ra lợi thế cơ học thậm chí còn lớn hơn, như trong trường hợp xe đạp.
Ghi chép đầu tiên về việc sử dụng từ “máy móc” ( machina ) là bằng tiếng Hy Lạp, và chính nhà thơ Hy Lạp Homer vào thế kỷ thứ tám trước Công nguyên đã sử dụng từ này để chỉ sự thao túng chính trị. Nhà viết kịch người Hy Lạp Aeschylus, sống trong khoảng thời gian từ 523 đến 426 trước Công nguyên, được cho là đã sử dụng từ này để chỉ các máy sân khấu là deus ex machina (“thần của máy”). Cỗ máy này là một cần trục nâng các diễn viên đóng vai các vị thần lên sân khấu.
Hãy xem xét sáu loại máy Archimedean:
đòn bẩy
Đòn bẩy là một cỗ máy đơn giản bao gồm một vật cứng, đòn bẩy (thường là một thanh làm bằng một số loại vật liệu chống uốn cong) và một điểm tựa hoặc điểm xoay. Tác dụng một lực lên một đầu của vật rắn làm cho nó quay quanh điểm đỡ, gây ra sự truyền lực cho đầu kia của vật rắn. Có ba loại đòn bẩy tùy thuộc vào nơi tác dụng lực, nơi truyền lực và vị trí của điểm tựa trên đòn bẩy. Bản ghi đầu tiên về việc sử dụng đòn bẩy là một chiếc cân vào khoảng năm 5000 trước Công nguyên. Archimedes được ghi nhận với câu nói ” Hãy cho tôi một đòn bẩy và một điểm tựa, tôi sẽ di chuyển Trái đất .” Trò chơi bập bênh và xe cút kít nổi tiếng là những ví dụ hàng ngày về đòn bẩy.
Bánh xe
Bánh xe là một vật hình tròn được gắn ở tâm của nó với một thanh cứng gọi là trục. Một lực tác dụng vào bánh xe làm trục quay, lực tác dụng lên vật tròn sẽ khuếch đại so với lực tác dụng lên trục. Quãng đường mà lực tác dụng lên vật tròn sẽ lớn hơn quãng đường mà lực truyền lên trục, do đó bảo toàn công, như ta đã định nghĩa ở đầu bài. Ngược lại, một lực tác dụng lên trục để làm cho nó quay chuyển thành chuyển động quay của bánh xe, khuếch đại trong trường hợp này là chuyển động, quãng đường mà bánh xe đi được. Bánh xe cũng có thể được hiểu là một loại đòn bẩy trong đó lực tác dụng lên bánh xe và truyền đến điểm có trục nối với vật thể hình tròn.Lưỡng Hà vào khoảng năm 3500 TCN. Lốp ô tô và bánh xe đạp là những ví dụ hàng ngày phổ biến nhất về sự kết hợp giữa bánh xe và trục.
Mặt phẳng nghiêng
Mặt phẳng nghiêng là mặt phẳng tạo với mặt phẳng khác một góc. Ví dụ: nếu bạn muốn nâng một vật, bạn có thể làm cho vật đó trượt trên một bề mặt tạo thành một góc nhất định với mặt phẳng nằm ngang, thay vì nhấc trực tiếp vật đó. Bằng cách này, chúng tôi tác dụng một lực nhỏ hơn trên một khoảng cách lớn hơn, do đó duy trì công việc tương tự như thể chúng tôi đã nâng nó trực tiếp. Về cơ bản, đây là mặt phẳng nghiêng đơn giản nhất, một đoạn đường dốc; Cần ít lực hơn để leo lên một đoạn đường nối lên độ cao cao hơn so với leo lên độ cao đó theo phương thẳng đứng, nhưng sẽ bao phủ được một khoảng cách lớn hơn. Đường dốc đã được sử dụng để xây dựng các tòa nhà lớn ( kiến trúc hoành tráng ) từ 10.000 đến 8.500 trước Công nguyên. Ở trạng thái cân bằng trên mặt phẳngArchimedes mô tả trọng tâm của các hình phẳng hình học khác nhau.
Cái nôi
Cái nêm thường được coi là một mặt phẳng nghiêng kép (cả hai mặt của cái nêm đều là mặt phẳng nghiêng) trượt để tác dụng một lực dọc theo các mặt của nó. Lực vuông góc với các mặt nghiêng nên có thể tách hai vật hoặc tách một vật thành hai phần. Rìu, dao và đục là những cái nêm. Nêm cửa sử dụng lực ma sát trên bề mặt của nó để cản trở chuyển động của cửa thay vì chia một thứ gì đó thành hai phần, nhưng về cơ bản nó vẫn là một cái nêm. Cái nêm là cỗ máy đơn giản lâu đời nhất, được tổ tiên Homo erectus của chúng ta sử dụng ít nhất 1,2 triệu năm trước để chế tạo công cụ bằng đá.
Đinh ốc
Vít là một trục có rãnh dốc trên bề mặt của nó. Khi vít quay khi một vài lực tác dụng lên trục của nó, lực này được truyền vuông góc với rãnh, do đó biến lực quay thành lực tuyến tính. Nó thường được sử dụng để nối các vật thể, như trường hợp của vít và bu lông điển hình. Người Babylon ở Mesopotamia đã phát triển chiếc vít vào thế kỷ thứ 7 trước Công nguyên để nâng nước lên để họ có thể tưới vườn bằng nước từ sông. Máy này sau này được gọi là ốc vít Archimedean.
Ròng rọc
Ròng rọc là một bánh xe có rãnh dọc theo mép của nó để có thể gắn dây hoặc cáp vào. Nó có thể được sử dụng để thay đổi hướng của một lực hoặc, giống như đòn bẩy hoặc bánh xe, để tác dụng một lực nhỏ hơn lên lực tạo ra nhưng ở khoảng cách xa hơn, do đó cả hai lực đều thực hiện cùng một công việc. Lực tác dụng là lực sinh ra khi kéo căng sợi dây. Các hệ thống ròng rọc phức tạp có thể được sử dụng để giảm đáng kể lực cần thiết để di chuyển một vật thể bằng cách kết hợp các ròng rọc làm thay đổi hướng của lực với các ròng rọc làm giảm lực tác dụng. Người Babylon đã sử dụng ròng rọc đơn giản vào thế kỷ thứ bảy trước Công nguyên; Hệ thống ròng rọc phức tạp đầu tiên, kết hợp nhiều ròng rọc, được phát minh bởi người Hy Lạp vào khoảng năm 400 trước Công nguyên.
nguồn
- Bautista Paz, Emilio, et al. Sơ lược về lịch sử minh họa của máy móc và cơ chế . Dordrecht, Đức: Springer, 2010.
- Ceccarelli, Marco. Đóng góp của Archimedes về cơ học và thiết kế cơ chế s. Cơ chế và Lý thuyết máy 72 (2014) 86–93.
- Chondros, Thomas G. Archimedes cuộc đời, công trình và máy móc. Cơ chế và Lý thuyết máy 45 (2010) 1766–75.
- Pisano, Raffaele và Danilo Capecchi. Về nguồn gốc của Archimedean trong cơ học của Torricelli . Thiên tài Archimedes: 23 thế kỷ ảnh hưởng đến toán học, khoa học và kỹ thuật. biên tập Paipetis, Stephans A., và Marco Ceccarelli. Hội nghị Quốc tế, Syracuse, Ý, ngày 8-10 tháng Sáu, 2010. Dordrecht, Đức; Springer, 2010. 17–28.
- Waters, Shaun và George A. Aggidis. Nhìn lại hơn 2000 năm: sự hồi sinh của ốc vít Archimedes, máy bơm tới tuabin . Đánh giá về năng lượng tái tạo và bền vững 51 (2015) 497–505.
