Простые механизмы: что это такое, виды простых механизмов

Простые механизмы – это механические агрегаты, применяемые для направления силы либо её величины. Их называют дающими выигрыш в силе устройствами. Рассмотрим распространённые виды простых механизмов. Кратко коснёмся принципов их функционирования, приносимой пользы, целей применения.

Определение и разновидности

Из уроков истории известны факты применения приспособлений для метания снарядов, перемещения строительных материалов, передачи механической энергии. Они вызывали движения, преодолевающие большие силы, особенно противодействующие им в начале процесса, например, сдвигание тяжелого камня с места. Из предыдущих уроков вы знаете, что такое механическая работа. Она вычисляется как произведение приложенной к телу силы на преодолённое под её действием расстояние: A = F*s.

Природа создана так, что в замкнутой системе получить выигрыш в работе нельзя. Во сколько раз меньшую силу приложите, во столько проиграете в расстоянии – тело придётся перемещать дальше и наоборот. Простые механизмы применяют для того, чтобы развивать силы, равные по модулю и противоположные по значению противодействующим движению силам. 

При расчётах величиной сил трения могут пренебрегать.

Простые механизмы в физике

Самый распространённый простой механизм в технике и быту – рычаг. Его равновесие наступает, когда отношение приложенных к обоим концам сил, действующих параллельно, обратно пропорционально длине плеч. Моменты сил – противоположно направленные векторы. Значит: приложенное к длинному концу усилие уравновешивает рычаг, к короткому концу которого приложена большая сила.

Рычаг, как любой простой механизм, – преобразователь сил.

Блок – равноплечий рычаг. Представлен вращающимся колесом с желобком для верёвки по всей длине окружности. Неподвижный блок не даёт выигрыша в силе, а направляет её. Ось подвижного блока располагается в обоймах, двигается с ними, поэтому позволяет управлять силой. Для получения выигрыша также применяются сдвоенные блоки разного диаметра, насаженные на одну ось.

Ворот – модифицированный двойной блок, ранее применяемый для перетаскивания и подъёма грузов на небольшие расстояния либо высоты. В вороток вставляются длинные спицы, играющие роль большего блока, с радиусом большим, чем у меньшего блока.

В технике также применяют:

• полиспасты – сложные комбинации из двух групп блоков: одни – подвижные, вторые – неподвижные;


• дифференциальные блоки – двойной и одинарный, где применяется бесконечная цепь.

Распространены простые механизмы, такие как винт и клин. Пример клина – лезвие колуна. По тыльной стороне инструмента наносятся удары, например, кувалдой, и устройство погружается в древесину, раскалывая её. Чем меньше угол заточки лезвия, тем проще оно входит в дерево.

Клин применяется и для подъёма грузов. Особенность обоих видов клина – значительная сила трения, действующая между телом и боковыми гранями приспособления.

Винт работает по принципу клина, где вместо ударов совершается вращение крупного болта с малым шагом резьбы. Применяется в прессах, колунах, домкратах, при завинчивании крепежей (саморезов).

Примеры простых механизмов в повседневной жизни:

• винт – пресс для выжимки сока, подъёмные механизмы, домкрат;


• рычаг – ножницы, плоскогубцы, клещи;


• ворот – вороток для резьбонарезных метчиков, средства управления транспортом (руль автомобиля), колесо;


• блок – подъём песка из ямы или на второй этаж на небольшой стройплощадке;


• клин – колун для раскалывания поленьев, наклонная поверхность для качения бочек или цилиндрических предметов (огромных тюков сена) наверх.

Какие простые механизмы вы знаете и используете в быту кроме названных? К какой категории отнести дверь в автомобиле, тиски, лебёдку?