Fizika | Középiskola » Az egyszerű gépek

Készítette: SaNandor 2013. Veszprém Az egyszerű gépek Egyszerű gépnek vagy erőátviteli eszközöknek nevezzük azokat a berendezéseket, melyek alkalmasak kényszermozgások révén egy erő nagyságát és (vagy) az irányát megváltoztatni, átalakítani. Fő jellemzőjük az áttétel illetve a módosítás, amely a teher súlya és az azt egyensúlyban tartani képes erő viszonyát fejezi ki. (m: módosítás vagy áttétel m = G F) Az egyszerű gépek alkalmasak arra, hogy egy adott terhet annál lényegesen kisebb erővel mozgassunk meg, nagyobb munkavégzési út megtétele árán (Energia megmaradás elve!). Emelők A tengely körül elforgatható rudat emelőnek nevezzük. Ilyenkor a teher egy olyan merev rúdra van erősítve, ami egy pontján elforgathatóan rögzítve van, és a forgástengelytől minél távolabb mozgatjuk a rudat, annál kisebb erő kifejtése elegendő. Ha a teher és a mozgatási pont a tengely egyazon oldalán van, akkor egykarú

emelőről beszélünk. Például: diótörő, talicska, csipesz, seprű, kilincs villáskulcs, kerekes kút, futósúlyos mérleg, sörnyitó. Ha a tengely a teher és a mozgatópont között van, akkor kétkarú emelővel van dolgunk – ilyenkor a teher a mozgatással ellentétes irányba indul meg. Például: mérleghinta, konyhai mérleg, gémes kút, olló, fogó, ásó, lapát. Forgatónyomaték F: mozgató vagy kiegyensúlyozó erő G: súlyerő (a mozgatni kívánt teher súlya) k1: erőkar, az F erő hatásvonalának a forgástengelytől mért távolsága k2: teherkar, a G erő hatásvonalának a forgástengelytől mért távolsága Az erőhatások a testeket nemcsak haladó mozgásra, hanem forgómozgásra is tudják kényszeríteni. Az erő forgató hatását megadó fizikai mennyiséget forgatónyomatéknak hívjuk. Egy erő forgatónyomatékát megkapjuk, ha az erő nagyságát megszorozzuk az erőkarral. A forgatónyomaték jele: M. mértékegysége Nm, számítása M=

F*k Az emelő egyensúlyban van, ha az erőkaron és a teherkaron mért forgatónyomatéka megegyezik M1=M2. Készítette: SaNandor 2013. Veszprém Az emelő erőtörvényéből következik, hogy az általunk kifejtett erőhatás csökkentése érdekében célszerű az erőkart nagyra, a teherkart kicsire választani. Ezzel elérhetjük, hogy a teher által kifejtett erőnél lényegesen kisebb erővel tarthatunk egyensúlyt. Ugyanakkor azt is látnunk kell, hogy a teher felemeléséhez ezt a kisebb erőt lényegesen nagyobb úton kell kifejtenünk. Ha a kifejtett erő negyedakkora, akkor az út négyszeres, ha hatod akkora, akkor az út hatszoros A teher felemelésekor elvégzett munka egyenlő azzal a munkavégzéssel, amit az emelő használata nélkül végeznénk. Mégis hasznos eszközök az emelők, mert segítségükkel olyan testek is felemelhetők, amelyeket eszköz használata nélkül talán meg sem tudnánk mozdítani. Lejtő Egyszerűen egy, a vízszintessel kis

szöget bezáró sík. A lejtő használatával, kisebb erővel lehet egy testet egyensúlyban tartani vagy egyenletesen felemelni, mint lejtő nélkül. Azt is megfigyelhetjük, hogy kisebb hajlásszögű lejtőn kisebb erő szükséges a test egyensúlyban tartásához. A kisebb erőszükséglet ára, hogy a vontatás hossza arányosan megnő, így munkát megtakarítani segítségével természetesen nem lehet. A legrégebben használt gépek egyike, a megalítok felállításánál kellett, hogy használják, de a piramisok építésénél is felhasználták. A lejtőre vezethető vissza az ék és a csavar is. Az ék kis hajlásszögű, mozgatható lejtőnek tekinthető. Például a fejsze, a különféle szerszámok éle, a rögzítésre, támasztásra használt kisebb ékek. A csavar hengerpalástra csévélt lejtő. Végighúzva az ujjunkat a csavar kerületén, érezzük, hogy a menet egyre magasabbra emeli azt. Olyan, mintha egy lejtőre mennénk fel Egy teljes kör

megtételekor az ujjunk elmozdulása adja a csavar menetemelkedését. Minél kisebb a menetemelkedés, a csavar annál kisebb hajlásszögű lejtőnek felel meg. Csiga A kerületén vájattal ellátott korong, amit kötél segítségével teher emelésére használunk. Az állócsigánál az erő és a teher karja egyaránt a csiga sugara, ezért a teher felemeléséhez szükséges erőhatás megegyezik a teher súlyával. Állócsiga használatával az erő nagyságát csökkenthetjük, de az erő irányát tetszés szerint változtathatjuk. Például építkezéseken teher emelésére használják. nem Csigát úgy is lehet használni, hogy a csiga forgástengelyére akasztjuk a terhet, a csigán átvetett kötél egyik végét magasan rögzítjük, a másik végét pedig emeljük. Ilyenkor mozgócsigát alkalmazunk. Mozgócsiga alkalmazásakor a teher egyik fele az egyik kötélszárat, másik fele a másik kötélszárat húzza, tehát a teher két kötélszáron oszlik meg.

Ezért a teher felemeléséhez feleannyi erő szükséges, mint a teher súlya. Készítette: SaNandor 2013. Veszprém A csigasor azonos számú álló- és mozgócsigából áll. Az állócsigákat és a mozgócsigákat is egymáshoz rögzítik. A teher a mozgócsigával együtt tud mozogni Gyakran alkalmazzák darukon és hajókon. Hengerkerék Két állócsiga, amely közös tengelyre van szerelve. Az elnevezése onnan származik, hogy a terhet (G) rendszerint a kisebb sugarú (r) csigához, a hengerhez rögzítjük, míg az erőt (F) a nagyobb sugarú (R) csiga, a kerék kerületén fejtjük ki. A hengerkerék alkalmazásakor tulajdonképpen kétoldalú, nem egyenlő karú emelőt használunk. Egyensúly esetén a két erő forgatónyomatéka kiegyenlíti egymást. Ilyen típusú a gyakorlatban használt eszköz a kerekes kút, az autók kormánykereke, a bicikli pedál, a háztartási darálók, a villás kulcsok