简单机械

✍ dations ◷ 2025-09-18 12:33:13 #简单机械
机械最基本的单位就是简单机械,其定义为利用杠杆效益(亦称为机械优势)将施力放大、节省时间或改变方向的工具。简单机械是人运用力的基本机械元件。在人类最初伟大的发现发明中,对火、语言与工具的掌握,使得人类最终从地球生态的众多族群中脱颖而出。而简单机械,则是人在建设文明社会中运用工具的知识结晶,是牛顿力学(向量力学)研究的重要对象。常用的六种简单机械都是由下面几种基本元件组合而成的。通常它们使用单一来源的施力作用在载荷的物品上。如果忽略受摩擦影响的损失,在负载上完成的功,等同于施加的力所做的功。简单机械可以增加出力的大小,但代价是负载移动的距离成比例下降。输出功与施力的比率称为机械优势。 简单机械可被视为构成所有更复杂的机器(有时称为“复合机器”)的基本“构件”。例如车轮、杠杆和滑轮的组合用于自行车机构。复合机器的机械优势仅止相同于,其简单机械构件合成累积的机械优势。虽然它们在应用力学中仍然非常重要,但现代机构学已经超越了简单机械的观念,因为所有机器都是由这些机器组成的最终成果,它们在文艺复兴时期成为新古典主义对古希腊文明的放大器。工业革命时期出现的现代机器,所联系的多样态和复杂性,在这六个简单分类中没有充分描述。各种后文艺复兴时期的书籍作者,编译了“简单机械”的扩展列表,通常使用诸如基本机械,复合机器或机器元件等术语来区分它们。到 19世纪末,弗朗茨·雷洛已经确定了数百个机器元件,称其为简单机械。 现代机构理论分析各种机器的结构,将运动对组成的基本连结,称为运动链。公元前3世纪左右,希腊哲学家阿基米德创立了一台简单机械的想法,他研究了简单机械:杠杆,滑轮和螺杆,而发现了杠杆机械优势的原理。他关于杠杆的著名言论:“给我一个地方站立,我会移动地球。”表明了使用机械优势可实现的放大力量在最理想时是无限制的。后来希腊哲学家定义了经典的五种简单机器(不包括斜面),并能粗略地计算出它们的机械优势。例如,亚历山大的赫隆(公元10-75年)在他的作品“力学”中列出了五种可以“设定运动负荷”的机制;杠杆,卷扬机,滑轮,楔块和螺钉,并描述了它们的制造和使用。然而,希腊人的理解仅限于简单机械的静力学(力的平衡),并没有包括动力学,力与距离之间的权衡,或功的概念。在文艺复兴时期,如简单机械被称呼为机械力的动态,除了可以应用的施加力量,并从它们可提升负载距离多远的角度开始研究,最终导致机械的新概念。在 1586年弗兰德工程师西蒙·斯蒂文(Simon Stevin)得出了斜面的机械优势,并将其与其它简单机器一并使用。意大利科学家伽利略于 1600年在 Le Meccaniche(On Mechanics)中完成了简单机械的完整动力学理论,其中他展示了机器作为施力放大器的潜在数学相似性。他是第一个解释说,简单机械并不会产生能量,只能改变它。达文西(Leonardo da Vinci,1452-1519)发现了经典的机器滑动摩擦规则,但是这些规则尚未发表,仅仅记录在他的笔记本中,并且基于牛顿前的科学,例如相信摩擦是一种空灵的流体。他们被 Guillaume Amontons(1699)重新发现,并由 Charles-Augustin de Coulomb(1785)进一步发展。所有现实中的机具都受到摩擦的影响,这会导致一些输入的作用力变成热量散失。若假设 P fric {displaystyle P_{text{fric}},} 为在能量守恒中因摩擦而失去的作用力,该机械工具的效率 η {displaystyle eta ,} (介于 0 < η   < 1 {displaystyle 0<eta <1} ) 定义为输出的功与输入作用力之比,也是因为摩擦损失能量的度量,如上所述,功等于力和速度的乘积,因此所以M A = F out F in = η v in v out {displaystyle mathrm {MA} ={F_{text{out}} over F_{text{in}}}=eta {v_{text{in}} over v_{text{out}}},}因此在现实世界的机具中,机械优势总小于具效率 η 乘上速度的积。因此,受摩擦影响的机器无法如同对应理想机器那样,以相同的作用力移动理论上的负载。复合机器是由一系列简单机械串联连接而成的机器,其中一个机械的输出力为下一个输入力提供输入力。 例如,台钳包括一个与螺杆串联的杠杆(虎钳的手柄),一个简单的齿轮系由多个串联的齿轮(车轮和车轴)组成。复合机器的机械优势是系列中最后一台机器的输出功,除以第一台机器施力输入的比例,所以由于每台机器的输出力都是下一台机器的输入, F out1 = F in2 , F out2 = F in3 , … F outK = F inK+1 {displaystyle F_{text{out1}}=F_{text{in2}},;F_{text{out2}}=F_{text{in3}},ldots ;F_{text{outK}}=F_{text{inK+1}}} , 这台复合机器的机械优势也由此给出因此复合机器的机械优势,等于构成它系列简单机械的机械优势乘积同样,复合机器的效率,也是构成它系列简单机械的效率乘积在许多简单机械中,如果机器上的负载力 Fout 相对于输入力 Fin 足够高,则机器将向后移动(中文有后座力一词),并且负载力对输入力起作用。所以这些机器可以在任一方向使用,驱动力可以施加到任一输入点。例如,如果杠杆上的负载力足够高,则杠杆将向后移动,使输入臂相对于输入力向后移动。这些被称为“可逆”或“非锁定”机器,后退动作称为“overhauling”。但在某些机器中如果摩擦力足够大,即使输入力为零,也不会因为有负载力而向后移动。这被称为“自锁”或“不可逆”的机器。这些机器只能通过输入端的力进行运动,而当输入力被移除时,它们将保持静止不动,在剩下的任何位置通过摩擦力“锁定”。自锁性质主要发生在运动部件之间,相互间接触面积很大的那些机械上:比如螺丝钉,斜面和楔块:若且仅若其效率“η”低于 50%时,机器才会自锁:机器是否具有自锁性质,取决于两部分之间的摩擦力(静摩擦系数)和距离比 din/dout(理想的机械优势)。如果摩擦和理想的机械优势都足够高,那么它将会具有自锁的性质。

相关

  • 约翰威立约翰威立(英语:John Wiley & Sons, Inc.,简称威立、Wiley)(NYSE:JWA)是一个世界性的出版社,专注在学术出版,且出版品主要客户是专业人士、消费者、高等教育学生与教职员。约翰威立
  • K选择理论r/K选择理论(r/K selection theory)是二十世纪生态学上一个有关生物体如何权衡后代的数量与品质的理论,这个理论需要将性状和自然选择结合在一起进行考虑。这两个概念是相对比
  • 恩里科·费米恩里科·费米(意大利语:Enrico Fermi;1901年9月29日-1954年11月28日),美籍意大利裔物理学家,美国芝加哥大学物理学教授。 他对量子力学、核物理、粒子物理以及统计力学都做出了杰出
  • span class=chemf style=white-space:nowrap;Csub26/sub二十六烷(英语:hexacosane)是含有26个碳原子的直链烷烃,化学式为C26H54或CH3(CH2)24CH3,外观为无色蜡状固体,又称蜡烷。二十六烷存在于成熟的烟草中,将烟草焚烧后可析出低浓度的二
  • 林同炎林同炎(英语:Tung-yen Lin 或 T. Y. Lin,1912年11月14日-2003年11月15日),原名林同棪,美籍华裔结构工程师。林同炎出生于福建省福州,是家中第4个小孩(共有11个),后来在北京成长。他的父
  • 环球金融危机name = 'Transport', description = '交通', content = {{ type = 'text', text = [[]] }, { type = 'item', original = 'articulated bus', rule = 'zh-cn:铰接客车;zh-tw
  • 苏珊·桑塔格苏珊·桑塔格(英语:Susan Sontag,1933年1月16日-2004年12月28日)生卒于纽约,美国著名的作家和评论家、著名的女权主义者,她被认为是近代西方最引人注目、最有争议性的女作家及评论
  • 枉死枉死,或称冤死、屈死。指不是因年老生病而寿终正寝,而是自杀、天灾、战乱、意外、遇害等,含冤而身亡的,称为枉死。如《西游记》:“那些人都是那六十四处烟尘,七十二处草寇,众王子、
  • 娅婿姻亲指基于婚姻关系而生之亲属型态,一方配偶与他方配偶之亲属间,因双方缔结婚姻后,成为相互具法律上亲属关系的情况。《中华民国民法》第969条规定,包括配偶的血亲、血亲的配偶
  • 刺杀暗杀或称行刺、密裁指因为一些原因而进行的谋杀,常常是政治因素;执行暗杀的人称为刺客。一些恐怖组织(最早为中世纪的阿萨辛派,其后则有近代的爱尔兰新芬党、意大利烧炭党、俄罗