اهرم
تمام ماشینهای ساده یاد شده اهرم هستند. اهرم از یک میله صلب و یک تکیه گاه تشکیل شده‌است. نیروی وارد به اهرم در یک نقطه باعث می شود که نیروی دیگری در نقطه دیگری روی اهرم به نیروی مقاوم (جسم) وارد شود. این جسم می‌تواند سنگی باشد که باید از زمین بلند شود. نیروی محرک هم نیرویی است که شخصی جهت بلند کردن سنگ یا جابجایی آن بر دسته اهرم وارد می‌نماید.
دید کلی
با نگاهی به محل زندگی و کار خود می‌توانید به راحتی انواع ماشینهای ساده را ببینید. کلید برق ، دستگیره در ، صفحه تلفن ، کارد ، پیچ گوشتی و حتی کلیدهای صفحه کلید کامپیوتر ، همگی وسایلی هستند که کار انجام شده روی خود را به کار مفید تبدیل می‌کنند. هر کس بدون اینکه اطلاعی داشته باشد، انواع متعددی از این ماشینهای ساده را در زندگی روزمره به کار می‌برد.
هیچ می‌دانید چرا ...
فندق شکن ، فندق را راحت می‌شکند.
پنس ، قطعات ریز را راحت بر می‌دارد.
چیزی را که چاقو به سختی می‌برد، قیچی راحت می‌برد.
آچار فرانسه خیلی راحت مهره را سفت می‌کند.
سیم چین خیلی راحت سیم را می‌برد یا لخت می‌کند.
مزیت مکانیکی
هدف از طراحی ماشینهای ساده این است که با اعمال یک نیروی محرک کوچک نیروی بزرگتری تولید شود. به عبارتی ماشین نیروی محرک کوچک را افزایش میدهد. مقدار افزایش نیرو یا نسبت نیروی مقاوم بر نیروی محرک را مزیت مکانیکی ماشین گویند. در دستگاه قرقره مزیت مکانیکی ماشین برابر است با تعداد طنابهایی که وزنه آویزان را نگه می‌دارد. مزیت مکانیکی اهرم را میتوان با در نظر گرفتن گشتاور نیروهای وارد بر میله به دست آورد.
اگر گشتاور نیروی تولید شده توسط نیروی محرک حول تکیه گاه برابر Fere باشد که در آن re بازوی محرک فاصله نقطه اثر نیرو تا تکیه گاه است. به طور مشابه ، گشتاور نیروی تولید شده توسط وزن سنگ حول تکیه گاه برابر Fere است. که در آن re بازوی مقاوم است. اگر دستگاه در حال تعادل دورانی باشد، این دو گشتاور برابرند. یعنی Fere=Fere که با استفاده از آن مزیت مکانیکی اهرم به صورت زیر دریافت میشود.
MA=Fl/Fe=re/rl
انواع اهرمها
برای بیشتر اهرمها ، اصطکاک در محل تکیه گاه خیلی کوچک است و بنا براین بازده به صددرصد نزدیک است. در نتیجه نسبت بازوها خیلی نزدیک به نسبت نیروهاست و معمولا هیچگونه تصحیحی در محاسبه مزیت مکانیکی اهرم لازم نیست. سوال مهم دیگری مطرح است و آن اینکه آیا قضیه کار و انرژی در مورد اهرمها صادق است؟
اهرمها را بر حسب موقعیت نسبی تکیه گاه ، نیروی مقاوم و نیروی محرک دسته بندی می‌کنند.
اهرم نوع اول : تکیه گاه بین نیروی مقاوم و نیروی محرک قرار دارد. مانند انبردست ، آچار فرانسه ، قیچی و ... .
اهرم نوع دوم : نیروی مقاوم بین تکیه گاه و نیروی محرک قرار دارد. مانند فندق شکن)) و ... .
اهرم نوع سوم : نیروی محرک بین تکیه گاه و نیروی مقاوم قرار دارد. مانند قندگیر ، انبرک ، پنس و ... .
قرقره
دید کلی
شخصی می‌خواهد وزنه فوق العاده سنگینی را نه از راه پله بلکه از طریق پنجره ساختمان به داخل ساختمان انتقال دهد. او برای این کار از طناب و قرقره استفاده می‌کند. این وسایل باعث می‌شوند که وزنه با نیروی کمتر از وزن خود بالا کشیده شود. این کار چگونه عملی میشود؟
ابتدا جسم سنگینی را در نظر بگیرید که از دو طناب آویزان شده است. در این مجموعه نیروی روبه بالای وارد بر جسم برابر کشش طنابها است و مجموع کشش طنابها بر اساس شرط تعادل نیروها باید برابر وزن جسم باشد. اگر وزنه و سیستم آویخته آن متقارن باشد، کشش هر طناب برابر نصف وزن جسم خواهد بود.
قرقره ثابت
سیستمی را در نظر بگیرید که در آن طناب به قرقره‌ای وصل شده است در این حالت طناب از روی قرقره می‌گذرد. اگر طناب همگن باشد، کشش طناب در تمام طول آن یکسان خواهد بود. اگر کشش طناب در یک طرف قرقره با طرف دیگرش متفاوت باشد، قرقره شروع به چرخش می‌کند تا کشش طنابها در طرفین برابر شود. در چنین حالتی نیروی کشش طناب فقط نصف وزن جسم است. زیرا دو نیروی مساوی به سمت بالا با نیروی وزن رو به پایین جسم را در حال تعادل نگه می‌دارند. در حالت کلی ، قرقره ثابت فقط جهت نیرو را تغییر میدهد.
قرقره متحرک
سیستم دیگری که به بالا بردن اجسام کمک می‌کند قرقره متحرک است. انتهای طنابی را به تکیه گاه ثابتی ببندید و انتهای دیگرش را که از شیار قرقره متصل به وزنه‌ای وصل شده ، عبور داده و بالا بکشید.
از هیچ ، چیزی بدست آورده اید؟
درست است که به کمک قرقره‌ها جسم را با نیروی کمتری بالا می‌برید، اما باید طناب را بیشتر از حالتی که جسم را مستقیما بالا می‌برید، بکشید. هر بار که شما طناب را 3m با دست بکشید، جسم فقط 1.5m بالا می‌آید. توجیه این مساله چنین است که اگر جسم 1.5m بالا بیاید، هر دو طرف طناب که جسم را نگه داشته اند نیز 1.5 متر کوتاه می‌شوند. بنابراین ، شما باید 3m طناب کشیده باشید. یعنی ، جسم با نیرویی برابر نصف وزن آن بالا کشیده میشود.
وزن جسمی که بالا کشیده میشود را نیروی مقاوم و فاصله‌ای که جسم بالا می‌رود را بازوی مقاوم می‌نامند. نیرویی که شما به کار می‌برید، نیروی محرک و مسافتی که این نیرو در آن اعمال میشود بازوی محرک نام دارد. بازوی محرک همواره برابر است با حاصلضرب بازوی مقاوم در تعداد طنابها.