6台简单的机器：使工作更容易

将车轮固定在车轴上，使车成为可能，被认为是世界历史上最重要的发明之一。（图片来源：Surasak Saenjai | Shutterstock）

在整个历史上，人类已经开发了几台简单的机器，以使工作更轻松。其中最著名的是“六台简单的机器”：车轮和轴，杠杆，倾斜平面，皮带轮，螺钉和楔子，尽管后三个实际上只是前三个的延伸或组合，英国百科全书。

由于工作定义为在运动方向上作用在对象上的力波士顿大学：

将力量从一个地方转移到另一个地方，
改变力的方向，
增加力的大小或
增加力的距离或速度。

简单的机器是具有否或很少的运动部件的设备，使工作更容易。当今许多复杂的工具只是六台简单机器的组合或更复杂的形式，根据科罗拉多大学博尔德分校的说法。例如，我们可能会将长手柄连接到轴上以制作式式式，或者使用块和铲球拉起坡道。尽管这些机器看起来很简单，但它们继续为我们提供了做很多事情，而没有它们，我们永远做不到的事情。

轮轴

车轮被认为是世界历史上最重要的发明之一。 “在公元前3500年发明轮子之前，人类在我们可以在土地上运输多少东西以及多远的东西受到严重限制。”现场科学以前报道了。车轮手推车通过使货物往返市场的运输以及减轻距离的人的负担，从而促进了农业和商业

车轮大大降低了摩擦当对象被移动到表面上时遇到。田纳西大学说：“如果将文件柜放在带轮子的小推车上，则可以大大减少申请柜子以持续速度移动机柜所需的力。”

在他的书中古代科学：史前500“查理·塞缪尔（Charlie Samuels）写道：“在世界各地，岩石和船只等重物被使用原木滚筒移动。当物体向前移动时，滚筒被从后面取走并在前面取代。”这是车轮开发的第一步。

不过，伟大的创新是在车轴上安装了车轮。车轮可以连接到由轴承支撑的车轴上，也可以使其自由转动轴。这导致了推车，货车和战车的发展。根据塞缪尔的说法考古学家使用在轴上旋转的车轮的开发作为相对先进的文明的指标。车轴上车轮的最早证据是苏美尔人约公元前3200年。中国人在公元前2800年独立发明了车轮

除了减少摩擦外，车轮和轴还可以用作力乘数。如果将车轮连接到车轴上，并且使用力将车轮，车轴上的旋转力或扭矩转动，则比施加到车轮边缘的力大得多。或者，可以将长手柄连接到轴上以达到相似的效果。

其他五个机器都可以帮助人类增加和/或重定向施加到物体的力。在他们的书中移动大事，，，，“珍妮特·科洛德纳（Janet L.机械优势是力量和距离之间的权衡。”在以下讨论的简单机器增加了应用于其输入的力的简单机器，我们将忽略摩擦力，因为在大多数情况下，与所涉及的输入和输出力相比，摩擦力非常小。

当力在远处施加力时，它会产生工作。数学上，这表示为w = f×D。重力并向上移动对象。要抬起重量两倍的物体，将其提高相同距离所需的工作是两倍。根据奥本大学。如数学，机器的主要好处是，它们可以通过在更大距离内施加较小的力来进行相同数量的工作。

杠杆

“给我一个杠杆和一个站立的地方，我将移动世界。”这一夸张的主张归因于三世纪希腊哲学家，数学家和发明家阿基米德。虽然这可能有些夸张，但它确实表达了杠杆的力量，至少在形象上可以使世界移动。

阿基米德的天才是要意识到，为了完成相同数量或工作，可以使用杠杆在力和距离之间进行权衡。他对杠杆的定律说：“幅度在距离相对于其体重成正比的距离处于平衡状态”，根据”21世纪的阿奇米德，“纽约大学克里斯·罗尔斯（Chris Rorres）的虚拟书。

杠杆由长束和支点或枢轴组成。杆的机械优势取决于支点两侧的梁的长度之比。

例如，说我们要抬起100磅。（45公斤）重量为2英尺（61厘米）的地面。我们可以施加100磅。在向上方向上的重量距离为2英尺，我们做了200磅英尺（271牛顿 - 米特）的工作。但是，如果我们要使用一个30英尺（9 m）的杠杆，其中一端在重量下方，一个距重量10英尺（3 m）的1英尺（30.5 cm）支点，我们只需要以50磅的速度向下推下另一端。（23千克）举重。但是，我们必须将杠杆的末端推下4英尺（1.2 m）的末端，以抬起2英尺的重量。我们做出了一个权衡，使我们不得不将杠杆移动的距离加倍，但是我们将所需的力量减少了一半，以便进行相同的工作。

斜面

倾斜的平面只是一个平坦的表面，就像坡道一样抬高。据俄亥俄州大学Russ工程技术学院机械工程学系教授鲍勃·威廉姆斯（Bob Williams）说，一架倾斜的飞机是一种举重的方式，它太重而无法直接提升。角度（倾斜平面的陡度）决定了增加重量需要多少努力。坡道越陡，需要越多的努力。这意味着，如果我们举起100磅。重量为2英尺，将其滚动4英尺坡道，我们将所需的力量减少一半，同时将其加倍，必须移动它。如果我们使用8英尺（2.4 m）坡道，则可以将所需的力减少到只有25磅。（11.3公斤）。

滑轮

如果我们想提起相同的100磅。用绳子的重量，我们可以将皮带轮连接到重量上方的梁上。这可以让我们下拉而不是上绳，但仍然需要100磅。武力。但是，如果我们要使用两个皮带轮（一个连接到顶部梁上，另一个连接到重量上 - 我们要将绳索的一端连接到梁上，将其穿过重量的皮带轮，然后穿过梁上的皮带轮，我们只需要在绳子上拉动50磅的绳子。抬起重量的力量，尽管我们必须拉动4英尺的绳子才能举起2英尺的重量。同样，我们交易了增加的距离，以减少力量。

如果我们想在更大的距离上使用更少的力，我们可以使用块和铲球。根据南卡罗来纳大学的课程材料，“一个块和铲球是滑轮的组合，可以减少抬高一些东西所需的力量。权衡取舍，块和铲球需要更长的绳索才能移动相同距离的东西。”

像滑轮一样简单，他们仍在最先进的新机器中找到使用。例如，hangprinter，一个3D打印机可以建造家具大小的物体，采用固定在墙壁，地板和天花板上的电线系统和计算机控制的滑轮系统。

拧紧

“螺钉本质上是绕轴缠绕的长倾斜平面，因此可以以与倾斜度相同的方式接近其机械优势。”佐治亚州立大学。许多设备使用螺钉施加比转动螺钉所用的力大得多的力。这些设备包括长凳的虎钳和汽车车轮上的凸耳螺母。它们不仅从螺钉本身中获得机械优势，而且在许多情况下，还从用于转动螺钉的长手柄的杠杆作用中。

楔

根据新墨西哥采矿技术学院，“楔子正在移动倾斜的平面，这些平面是在负载下驱动的，或者移动到负载中以分裂或分开。”更长，更薄的楔形物具有比较短，更宽的楔子更具机械优势，但是楔形楔有其他作用：楔子的主要功能是改变输入力的方向。例如，如果我们想将日志拆分，我们可以使用大锤向下驱动一个楔子向下驱动到原木的末端，而楔子将向外重定向这支力，从而使木材分裂。另一个例子是门挡，在那里将其推在门边缘下的力是向下转移的，导致摩擦力阻止在地板上滑动。