Eenvoudige machines zijn mechanische apparaten die worden gebruikt om het werk gemakkelijker te maken. Combinaties van twee of meer samenwerkende eenvoudige machines worden samengestelde machines genoemd. Deze machines creëren systemen om verschillende soorten bewegingen te maken wanneer kracht wordt uitgeoefend op een last. Zowel eenvoudige als samengestelde machines maken het werk gemakkelijker door de grootte of de richting van de kracht te veranderen. Er zijn zes standaardtypen eenvoudige machines. Het zijn de:
- Hendel
- Wiel en as
- Poelie
- Geïnclineerd vlak
- Wand
- Schroef
Laten we eens kijken naar de eerste van deze eenvoudige machines: de hefboom.
Misvatting Alert
Wanneer je het woord “machine” hoort, denk je dan automatisch aan iets met een motor, zoals een vorkheftruck of een wasmachine? Machines hoeven niet per se motoren te hebben. In feite is een machine elk apparaat dat kracht overbrengt of wijzigt.
Wat is een hefboom?
Een hefboom is een eenvoudige machine die bestaat uit een stijve balk en een steunpunt. De kracht (ingangskracht) en de belasting (uitgangskracht) worden uitgeoefend op beide uiteinden van de balk. Het steunpunt is het punt waarop de balk draait. Wanneer een kracht wordt uitgeoefend op één uiteinde van de hefboom, wordt een belasting uitgeoefend op het andere uiteinde van de hefboom. Hierdoor wordt een massa omhoog bewogen. Hefbomen zijn voor hun werking afhankelijk van koppel. Koppel is de hoeveelheid kracht die nodig is om een voorwerp om zijn as (of scharnierpunt) te laten draaien.
Wat is mechanisch voordeel?
Een hefboom levert mechanisch voordeel op. Mechanisch voordeel verwijst naar de mate waarin een eenvoudige machine een toegepaste kracht vermenigvuldigt. De plaats van de kracht, de belasting en het steunpunt bepaalt het type hefboom en de hoeveelheid mechanisch voordeel die de machine heeft. Hoe verder de kracht van het draaipunt verwijderd is, hoe gemakkelijker het is om de last te verplaatsen.
Mechanisch voordeel kan worden berekend met deze formule:
Als de afstand van de kracht tot het scharnierpunt groter is dan de afstand van de last tot het scharnierpunt, dan heeft de hefboom een mechanisch voordeel. Met andere woorden, de verhouding van deze twee afstanden is groter dan één. Dit betekent dat een lange afstand van de kracht tot het scharnierpunt en een korte afstand van de last tot het scharnierpunt het mogelijk maakt om met een kleine kracht een grote last te verplaatsen!
Eerste klasse hefbomen
Er zijn drie soorten, of klassen hefbomen.
In een eersteklas hefboom bevindt het steunpunt zich tussen de last en de kracht.
Als het steunpunt zich dichter bij de last bevindt, is er minder inspanning nodig om de last over een kortere afstand te verplaatsen. Als het steunpunt zich dichter bij de kracht bevindt, is meer kracht nodig om de last over een grotere afstand te verplaatsen. Een wip, een autokrik en een koevoet zijn allemaal voorbeelden van eersteklas hefbomen. Eersteklas hefbomen zijn zeer nuttig om grote ladingen met weinig inspanning op te tillen.
Tweede klasse hefbomen
In een tweede klasse hefboom bevindt de belasting zich tussen de inspanning en het steunpunt.
Als de last dichter bij het scharnierpunt ligt dan de kracht, dan is er minder kracht nodig om de last te verplaatsen. Ligt de last dichter bij de kracht dan bij het scharnierpunt, dan is meer inspanning nodig om de last te verplaatsen. Een kruiwagen, een flesopener, en een roeispaan zijn voorbeelden van tweedeklas hefbomen.
Derde klasse hefbomen
Bij een derde klasse hefboom bevindt de kracht zich tussen de last en het scharnierpunt.
Als het steunpunt zich dichter bij de last bevindt, is er minder kracht nodig om de last te verplaatsen. Als het steunpunt zich dichter bij de kracht bevindt, zal de last een grotere afstand afleggen. Een pincet, zwaaien met een honkbalknuppel of je arm gebruiken om iets op te tillen zijn voorbeelden van hefbomen van de derde klasse. Deze hefbomen zijn nuttig voor het maken van precieze bewegingen.
Levers zijn zeer nuttige eenvoudige machines die worden gebruikt voor het overbrengen van kracht. Je realiseert het je misschien niet, maar je gebruikt hefbomen elke dag!