Una màquina simple és un dispositiu mecànic que utilitza la força i el moviment per fer un treball. Són eines bàsiques que es fan servir per multiplicar o canviar la direcció d'una força aplicada, cosa que facilita la realització de treball.
Hi ha sis tipus principals de màquines simples: la palanca, la corriola, la roda i l'eix, el pla inclinat, la falca i el cargol. Cada tipus de màquina simple utilitza una força aplicada per fer un treball específic, com aixecar un objecte pesat, moure una càrrega o dividir un objecte en dues parts.
Moltes eines i dispositius utilitzen aquest tipus de màquines en els dissenys. La comprensió d'aquest tipus de màquines és fonamental per a l'enginyeria i la tecnologia, i ha estat fonamental per a la creació de la majoria de les invencions i els dispositius que utilitzem avui dia.
Les màquines simples se situen dins del camp de la mecànica en física, especialment dins la branca de la mecànica que s'enfoca a la cinemàtica i la dinàmica dels objectes en moviment i els principis físics que els regeixen.
Funcions de les màquines simples
Cada màquina simple té funcions específiques que faciliten la feina.
Algunes de les funcions més importants d'aquests dispositius són les següents:
- Multiplicar la força Una de les principals funcions de les màquines simples és augmentar la força que apliquem. Eines com la palanca, el torn i el gat hidràulic ens permeten aplicar una petita quantitat de força en un extrem de la màquina per generar una força molt més gran a l'altre extrem. Això és especialment útil quan es tracta daixecar o moure objectes pesants.
- Canviar la direcció de la força : Moltes màquines simples, com la corriola, ens permeten canviar la direcció en què apliquem una força. Per exemple, en lloc d'haver d'aixecar una càrrega pesada directament cap amunt, podem fer servir una corriola per estirar una corda cap avall, cosa que resulta molt més fàcil i segur.
- Modificar la velocitat i el control del moviment : Algunes màquines simples, com ara el pla inclinat o la falca, ens ajuden a controlar la velocitat i el moviment d'un objecte. Un pla inclinat, per exemple, permet que un objecte es desplaci cap avall més lentament, cosa que fa que moure'l sigui més segur i requereix menys esforç que aixecar-lo de cop o empènyer-lo directament.
Tipus de màquines simples
Hi ha sis tipus principals de màquines simples:
- La palanca : És una barra rígida que gira al voltant d'un punt fix anomenat fulcre . Depenent de la ubicació del fulcre, de la força aplicada i de la càrrega, una palanca pot multiplicar la força, canviar la direcció de la força o augmentar la distància sobre la qual s'aplica la força. Un exemple quotidià és un maquineta, on una petita força pot generar una gran força per treure un clau.
- El pla inclinat Aquest tipus de màquina consisteix en una superfície inclinada que facilita el moviment d'objectes pesants d'un nivell a un altre. Un pla inclinat redueix la quantitat de força necessària per aixecar un objecte, ja que permet moure'l cap amunt al llarg d'un pendent en lloc d'aixecar-lo directament en vertical. Les rampes, utilitzades per pujar càrregues a vehicles o edificis, són exemples clàssics de plànols inclinats.
- La corriola La corriola és una roda amb un canal o solc per on passa una corda. Usar una politja permet canviar la direcció de la força aplicada, cosa que fa més fàcil aixecar objectes. Si combinem diverses politges en un sistema anomenat polipast , podem reduir considerablement la quantitat de força necessària per aixecar un objecte pesat. Les politges són essencials en grues, sistemes d'hissat i elevadors.
- El cargol El cargol és, essencialment, un pla inclinat enrotllat en espiral al voltant d'un cilindre. Es fa servir per subjectar o aixecar objectes, i converteix el moviment de rotació en moviment lineal. En girar un cargol, s'exerceix una gran quantitat de força sobre la superfície on s'insereix, cosa que el converteix en una eina essencial en la construcció i la fusteria.
- La falca : La falca és un dispositiu de forma triangular, amb una base ampla i una punta esmolada. La seva funció principal és dividir objectes en concentrar la força en un punt específic. Eines com ganivets, destrals o cisells utilitzen el principi de la falca per tallar o separar materials amb una mínima quantitat desforç.
- El torn : El torn (de vegades anomenat roda-eix) és una màquina simple que consisteix en un cilindre al voltant del qual s'enrotlla una corda o cable. En girar el cilindre, la corda s'enrotlla o es desenrotlla, permetent aixecar o moure objectes amb menys esforç. Els pous d'aigua antics utilitzaven un torn per elevar la galleda des del fons del pou, i avui dia se segueix usant en grues i mecanismes d'elevació.
Exemples de màquines simples
Aquí hi ha alguns exemples comuns de màquines simples i com es fan servir:
Palanca
- Tisores Cada braç és una palanca de primer tipus, amb el cargol com a fulcre, multiplicant la força aplicada per tallar materials.
- Martell d'ungles : La part del darrere actua com a palanca, ajudant a extreure claus amb menys esforç.
- Clau de femelles : El mànec llarg permet aplicar més força per afluixar o prémer femelles.
- Obridor d'ampolles : Usa la vora de l'ampolla com a fulcre, facilitant la retirada de la tapa amb una petita força.
Plànol inclinat
- Rampes : Faciliten el moviment d'objectes pesants a alçades més grans sense necessitat d'aixecar-los directament.
- Escales : Un pla inclinat en forma de passos, que redueix l'esforç necessari per pujar a diferents nivells.
- Tobogans : Permeten descendir de manera controlada, usant la gravetat per facilitar el moviment.
Politja
- Grues : Usen sistemes de politges per aixecar materials pesants, reduint la força necessària.
- Elevadors : Politges que mouen cabines d'ascensors, facilitant el transport vertical en edificis.
- Cortines : Les politges permeten obrir i tancar cortines pesades estirant una corda.
Cargol
- Cargols de fusteria : Converteixen el moviment giratori en moviment lineal, subjectant objectes amb fermesa.
Falca
- Ganivets : La forma afilada de la falca permet concentrar la força en un punt per tallar materials.
- Claus : Faciliten la inserció en superfícies mitjançant la concentració de força a la punta.