単純機械とは、作業を容易にするために使われる機械装置のことです。 2つ以上の単純機械を組み合わせて動作させたものを複合機械と呼びます。 これらの機械は、負荷に力が加えられたときに、異なる種類の動きが発生するシステムを作ります。 単純機械も複合機械も、力の大きさや方向を変えることで、作業をしやすくする。 単純機械には6つの標準的なタイプがあります。
- レバー
- 車輪と車軸
- プーリー
- 傾斜面
- ウェッジ
- ねじ
これらの単純機械の最初のものである「レバー」について考えてみましょう。
誤解の警告
「機械」という言葉を聞くと、フォークリフトや洗濯機のように、自動的にモーターの付いたものを思い浮かべるでしょうか。 しかし、機械にはモーターが付いている必要はありません。
「てこ」とは
「てこ」とは、剛体の梁と支点からなる単純な機械です。 梁の両端に力(入力力)と負荷(出力力)を加えます。 支点とは、ビームが揺れる点のことです。 レバーの一端に力を加えると、レバーのもう一端に負荷がかかります。 これにより、質量を上に移動させることができます。 レバーは、その動作をトルクに頼っている。
機械的優位性とは
てこは機械的優位性があります。 機械的な利点とは、単純な機械が加えられた力をどれだけ倍増させるかということです。 力、負荷、支点の位置によって、てこの種類と機械的利点の大きさが決まります。 力が支点から離れていればいるほど、負荷を動かすのが容易になります。
機械的優位性は次の式で計算できます。
力から支点までの距離が、負荷から支点までの距離よりも大きければ、てこは機械的に有利になります。 つまり、この2つの距離の比が1よりも大きいということです。 つまり、力点から支点までの距離が長く、負荷から支点までの距離が短いと、小さな力で大きな負荷を動かすことができるということです
ファーストクラスのレバー
レバーには3つのタイプ、つまりクラスがあります。
第一種のレバーでは、支点は負荷と力の間にあります。
支点が負荷に近ければ、負荷をより短い距離で動かすのに必要な力は少なくなります。 また、支点が負荷に近ければ、負荷をより遠くに移動させるために、より大きな力が必要となります。 テータトッター、カージャッキ、バールなどはすべて第一級レバーの例です。 第一種レバーは、大きな荷物を少しの力で持ち上げるのにとても便利です。
第二種てこ
第二種てこでは、負荷は力点と支点の間にあります。
荷重が努力よりも支点に近ければ、荷重を動かすために必要な力は少なくて済みます。
荷重が力よりも支点に近ければ、荷重を動かすのにより多くの力が必要となります。 手押し車、栓抜き、オールなどが第二種レバーの例です。
第三種レバー
第三種レバーでは、力は負荷と支点の間にあります。
支点が負荷に近ければ、負荷を動かすのに必要な力は少なくて済みます。 支点が力に近ければ、負荷はより大きな距離を移動することになります。 ピンセット、野球のバットを振る、腕で物を持ち上げるなどは、第3種レバーの例です。 これらのレバーは正確な動きをするのに便利です。
レバーは、力を伝達するためのとても便利な単純機械です。 気づいていないかもしれませんが、あなたは毎日レバーを使っています！
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