Машины и механизмы в физике - определения и виды с примерами

Содержание:

Машины и механизмы:

Орудие, которое держит человек выполняя работу, повторяет те движения, которые выполняет рука. Например, разбивая скорлупу ореха, молоток так же поднимается и опускается, как и кулак. Такие движения не всегда имеют достаточную точность и скорость. Удары молотком, клинком или остриём не всегда попадают в одно и то же место обрабатываемого тела. При шитье лёгкой иглой с нитью приходится поднимать во много раз более тяжёлую руку, выполняя при этом лишнюю работу. Потребность уменьшить работу на бесполезные движения, увеличить скорость и точность действия орудия работы обусловила необходимость удерживать это орудие не просто рукой, а закреплять его в специальных устройствах, которые выполняли бы абсолютно точные и быстрые движения. Видимо, таким путём реализовывалась потребность человека в машинах и механизмах. Например, швея за одну минуту выполняет около 50 стежков, а сконструированная для этой самой операции швейная машина с механическим приводом делает 1500 одинаковых стежков за одну минуту.

В переводе с древнегреческого слово «механизм» означает орудие, устройство. В эпоху расцвета греческого театра (500 г. до н. э.) с помощью специальных устройств поднимали и опускали на сцене актёров, которые изображали богов. Эти устройства называли «механе», отсюда, наверное, и происходит термин «механизм» и др. Когда человеку при выполнении работы нужно переместить какое-то тело относительно других тел или изменить направление его движения, он использует специальные устройства, называемые механизмами. Как свидетельствует история, человек начал использовать один из первых механизмов — лук - ещё за 12 тыс. лет до н. э. Множество механизмов используются в современной технике и быту, в частности колесо, шестерни, петли, клин и др.

Что такое механизм

Механизм - это устройство, которое передает движение или I превращает один вид движения в другой.

Слово «машина» стали широко употреблять лишь с XVIII в. Им называли устройства, изобретённые инженерами для выполнения основных производственных операций (работы). Человек лишь управлял такими устройствами-машинами. Если, например, человек копает землю лопатой (орудием труда), экскаватор (машина) (рис. 184) выполняет то же самое действие своим ковшом. Электромагнитный кран грузит метал (рис. 185), крановщик лишь управляет этим процессом.

Машинами являются также велосипед (рис. 186), используемый человеком для передвижения, батискаф - подводный аппарат

(рис. 187) для исследования морских глубин, космический корабль

(рис. 188), без которого было бы невозможно освоение космического пространства.

Для выполнения работы в каждой машине имеется соответствующий рабочий орган: у экскаватора — ковш, подъёмного крана — электромагнит, велосипеда — ведущее колесо. Рабочий орган машины нужно приводить в движение, затрачивая энергию: в велосипеде — мышечных усилий ног человека, в экскаваторе и космическом корабле — энергию сгорания топлива, в електромагнитном кране — электрическую энергию. Следовательно, в каждой машине должно быть устройство, в котором тот или иной вид энергии превращается в механическое движение. Такое устройство называют двигателем.

Механическое движение от двигателя к рабочему органу машины сообщается разными передаточными механизмами (например, шестернями, цепями).

Таким образом, в каждой машине имеется три основные части - рабочий орган, передаточный механизм и двигатель. Наличие этих трёх частей отличает машину от других технических устройств.

Что такое машина

Машина - это механизм или сочетание механизмов для преобразования энергии из одного вида в другой.

В наше время всё шире и шире используются не отдельные машины, а системы машин автоматического действия.

Простые механизмы

Тысячи лет тому назад люди выполняли все работы с помощью силы мышц. Со временем они изобрели различные механизмы, чтобы облегчить свой труд. Люди убедились в том, что намного легче перемещать грузы, перекатывая их на катках. На основе этого они изобрели колесо (рис. 189).

Представьте, что вам нужно поднять, например, ящик, который наполнен инструментами и весит намного больше, чем вы (рис. 190). Как это сделать?

Наверное, нужно найти крепкую жердь или металлический стержень, нижним концом упереть его в грунт под ящиком и поднять груз, воспользовавшись механизмом, который называют рычагом.

Рычаг - это твёрдое тело, которое может вращаться вокруг неподвижной опоры.

Блоки помогают поднимать и опускать грузы.

Блок - это колесо с жёлобом, закреплённое в обойме (рис. 191).

Через жёлоб блока пропускают верёвку, трос или цепь.

Опыт 1. К нити прикрепим груз. Нить перекинем через блок. Свободный конец нити прикрепим к динамометру. При подъёме и опускании груза ось блока не движется. Динамометр показывает значение силы, с которой мы поднимаем груз (рис. 192).

Неподвижный блок - это блок, ось которого при подъёме или опускании грузов неподвижна.

Изменяя положение динамометра, обращаем внимание на то, что показания динамометра остаются постоянными. Подвесим груз к крючку динамометра. Показание динамометра будет таким же.

• Заказать решение задач по физике

Опыт 2. Один конец нити прикрепим, например, к штативу, а второй - к динамометру (рис. 193). На нити подвесим блок с тем же грузом. Поднимая или опуская груз, мы видим, что вместе с ним движется и блок (поэтому его назвали подвижным). Кроме того, показание динамометра стало вдвое меньше, чем вес груза.

Подвижный блок - это блок, ось которого поднимается или опускается вместе с грузом. Подвижный блок даёт выигрыш в силе в два раза.

Подвижный блок вы можете увидеть в любом подъёмном кране. Он объединён обоймой с крюком крана (рис. 194).

Во'рот - это разновидность рычага. Он предназначен для получения выигрыша в силе.

Во'рот часто используют в сельских колодцах (рис. 195).

С его помощью даже ребенок может вытянуть полное ведро воды.

Во многих случаях вместо того, чтобы поднимать груз на некоторую высоту, его вкатывают или втягивают на ту же высоту с помощью наклонной плоскости.

Поднимая груз вдоль наклонной плоскости, получаем выигрыш в силе во столько раз, во сколько длина наклонной плоскости больше её высоты (рис. 196, а, б). Наклонная плоскость (рис. 197) облегчает подъём грузов. Хотя идти по ней приходится дольше, но усилий нужно затрачивать намного меньше, чем при подъёме груза вертикально вверх.

Винтовая лестница (рис. 198) также является наклонной плоскостью, обвивающей ось, подобно резьбе винта. По винтовой лестнице подниматься легче, чем по вертикальной, но приходится преодолевать большее расстояние.

Винт (рис. 199), как и винтовая лестница, — также наклонная плоскость. Винты используют для скрепления деталей.

Клин — разновидность наклонной плоскости.

Клин является основной частью колющих, режущих, строгальных инструментов: иглы, ножа, ножниц, топора, стамески, рубанка, лемеха плуга.

Шестерни (рис. 200) — это зубчатые колёса. Их используют для регулирования скорости вращения. Одна шестерня может вращать соседнюю с большей или меньшей скоростью. Например, шестерня, имеющая 5 зубьев, вращается вдвое быстрее, чем шестерня с 10 зубьями. В этом можно убедиться, наблюдая за работой механического миксера.

Упомянутые устройства изменяют значение силы или её направление и используются для выполнения механической работы.

Устройства, предназначенные для изменения силы по значению или направлению, называют простыми механизмами.

Без простых механизмов мы не можем обойтись ни одного дня (рис. 201, а, 6, в).