6台簡單的機器：使工作更容易

將車輪固定在車軸上，使車成為可能，被認為是世界歷史上最重要的發明之一。（圖片來源：Surasak Saenjai | Shutterstock）

在整個歷史上，人類已經開發了幾台簡單的機器，以使工作更輕鬆。其中最著名的是“六台簡單的機器”：車輪和軸，槓桿，傾斜平面，皮帶輪，螺釘和楔子，儘管後三個實際上只是前三個的延伸或組合，英國百科全書。

由於工作定義為在運動方向上作用在對像上的力波士頓大學：

將力量從一個地方轉移到另一個地方，
改變力的方向，
增加力的大小或
增加力的距離或速度。

簡單的機器是具有否或很少的運動部件的設備，使工作更容易。當今許多複雜的工具只是六台簡單機器的組合或更複雜的形式，根據科羅拉多大學博爾德分校的說法。例如，我們可能會將長手柄連接到軸上以製作式式式，或者使用塊和鏟球拉起坡道。儘管這些機器看起來很簡單，但它們繼續為我們提供了做很多事情，而沒有它們，我們永遠做不到的事情。

輪軸

車輪被認為是世界歷史上最重要的發明之一。 “在公元前3500年發明輪子之前，人類在我們可以在土地上運輸多少東西以及多遠的東西受到嚴重限制。”現場科學以前報導了。車輪手推車通過使貨物往返市場的運輸以及減輕距離的人的負擔，從而促進了農業和商業

車輪大大降低了摩擦當對像被移動到表面上時遇到。田納西大學說：“如果將文件櫃放在帶輪子的小推車上，則可以大大減少申請櫃子以持續速度移動機櫃所需的力。”

在他的書中古代科學：史前500“查理·塞繆爾（Charlie Samuels）寫道：“在世界各地，岩石和船隻等重物被使用原木滾筒移動。當物體向前移動時，滾筒被從後面取走並在前面取代。 ”這是車輪開發的第一步。

不過，偉大的創新是在車軸上安裝了車輪。車輪可以連接到由軸承支撐的車軸上，也可以使其自由轉動軸。這導致了推車，貨車和戰車的發展。根據塞繆爾的說法考古學家使用在軸上旋轉的車輪的開發作為相對先進的文明的指標。車軸上車輪的最早證據是蘇美爾人約公元前3200年。中國人在公元前2800年獨立發明了車輪

除了減少摩擦外，車輪和軸還可以用作力乘數。如果將車輪連接到車軸上，並且使用力將車輪，車軸上的旋轉力或扭矩轉動，則比施加到車輪邊緣的力大得多。或者，可以將長手柄連接到軸上以達到相似的效果。

其他五個機器都可以幫助人類增加和/或重定向施加到物體的力。在他們的書中移動大事，，，，“珍妮特·科洛德納（Janet L.機械優勢是力量和距離之間的權衡。”在以下討論的簡單機器增加了應用於其輸入的力的簡單機器，我們將忽略摩擦力，因為在大多數情況下，與所涉及的輸入和輸出力相比，摩擦力非常小。

當力在遠處施加力時，它會產生工作。數學上，這表示為w = f×D。重力並向上移動對象。要抬起重量兩倍的物體，將其提高相同距離所需的工作是兩倍。根據奧本大學。如數學，機器的主要好處是，它們可以通過在更大距離內施加較小的力來進行相同數量的工作。

槓桿

“給我一個槓桿和一個站立的地方，我將移動世界。”這一夸張的主張歸因於三世紀希臘哲學家，數學家和發明家阿基米德。雖然這可能有些誇張，但它確實表達了槓桿的力量，至少在形像上可以使世界移動。

阿基米德的天才是要意識到，為了完成相同數量或工作，可以使用槓桿在力和距離之間進行權衡。他對槓桿的定律說：“幅度在距離相對於其體重成正比的距離處於平衡狀態”，根據”21世紀的阿奇米德，“紐約大學克里斯·羅爾斯（Chris Rorres）的虛擬書。

槓桿由長束和支點或樞軸組成。桿的機械優勢取決於支點兩側的樑的長度之比。

例如，說我們要抬起100磅。（45公斤）重量為2英尺（61厘米）的地面。我們可以施加100磅。在向上方向上的重量距離為2英尺，我們做了200磅英尺（271牛頓 - 米特）的工作。但是，如果我們要使用一個30英尺（9 m）的槓桿，其中一端在重量下方，一個距重量10英尺（3 m）的1英尺（30.5 cm）支點，我們只需要以50磅的速度向下推下另一端。（23千克）舉重。但是，我們必須將槓桿的末端推下4英尺（1.2 m）的末端，以抬起2英尺的重量。我們做出了一個權衡，使我們不得不將槓桿移動的距離加倍，但是我們將所需的力量減少了一半，以便進行相同的工作。

斜面

傾斜的平面只是一個平坦的表面，就像坡道一樣抬高。據俄亥俄州大學Russ工程技術學院機械工程學系教授鮑勃·威廉姆斯（Bob Williams）說，一架傾斜的飛機是一種舉重的方式，它太重而無法直接提升。角度（傾斜平面的陡度）決定了增加重量需要多少努力。坡道越陡，需要越多的努力。這意味著，如果我們舉起100磅。重量為2英尺，將其滾動4英尺坡道，我們將所需的力量減少一半，同時將其加倍，必須移動它。如果我們使用8英尺（2.4 m）坡道，則可以將所需的力減少到只有25磅。（11.3公斤）。

滑輪

如果我們想提起相同的100磅。用繩子的重量，我們可以將皮帶輪連接到重量上方的樑上。這可以讓我們下拉而不是上繩，但仍然需要100磅。武力。但是，如果我們要使用兩個皮帶輪（一個連接到頂部樑上，另一個連接到重量上 - 我們要將繩索的一端連接到樑上，將其穿過重量的皮帶輪，然後穿過樑上的皮帶輪，我們只需要在繩子上拉動50磅的繩子。抬起重量的力量，儘管我們必須拉動4英尺的繩子才能舉起2英尺的重量。同樣，我們交易了增加的距離，以減少力量。

如果我們想在更大的距離上使用更少的力，我們可以使用塊和鏟球。根據南卡羅來納大學的課程材料，“一個塊和鏟球是滑輪的組合，可以減少抬高一些東西所需的力量。權衡取捨，塊和鏟球需要更長的繩索才能移動相同距離的東西。”

像滑輪一樣簡單，他們仍在最先進的新機器中找到使用。例如，hangprinter，一個3D打印機可以建造家具大小的物體，採用固定在牆壁，地板和天花板上的電線系統和計算機控制的滑輪系統。

擰緊

“螺釘本質上是繞軸纏繞的長傾斜平面，因此可以以與傾斜度相同的方式接近其機械優勢。”佐治亞州立大學。許多設備使用螺釘施加比轉動螺釘所用的力大得多的力。這些設備包括長凳的虎鉗和汽車車輪上的凸耳螺母。它們不僅從螺釘本身中獲得機械優勢，而且在許多情況下，還從用於轉動螺釘的長手柄的槓桿作用中。

楔

根據新墨西哥採礦技術學院，“楔子正在移動傾斜的平面，這些平面是在負載下驅動的，或者移動到負載中以分裂或分開。”更長，更薄的楔形物具有比較短，更寬的楔子更具機械優勢，但是楔形楔有其他作用：楔子的主要功能是改變輸入力的方向。例如，如果我們想將日誌拆分，我們可以使用大錘向下驅動一個楔子向下驅動到原木的末端，而楔子將向外重定向這支力，從而使木材分裂。另一個例子是門擋，在那裡將其推在門邊緣下的力是向下轉移的，導致摩擦力阻止在地板上滑動。