पूरे इतिहास में, मनुष्यों ने काम को आसान बनाने के लिए कई उपकरणों का विकास किया है। इनमें से सबसे उल्लेखनीय "छह सरल मशीन" के रूप में जाना जाता है: पहिया और धुरा, लीवर, इच्छुक विमान, चरखी, पेंच और पच्चर, हालांकि बाद के तीन वास्तव में सिर्फ पहले के विस्तार या संयोजन हैं। तीन।
क्योंकि गति की दिशा में किसी वस्तु पर कार्य करने को बल के रूप में परिभाषित किया जाता है, एक मशीन जेफर्सन लैब के अनुसार, निम्न में से एक या अधिक कार्यों को पूरा करने के लिए कार्य को आसान बनाती है:
- बल को एक स्थान से दूसरे स्थान पर स्थानांतरित करना,
- एक बल की दिशा बदल रहा है,
- बल का परिमाण बढ़ाना, या
- किसी बल की दूरी या गति बढ़ाना।
सरल मशीनें बिना, या बहुत कम, चलती भागों वाले उपकरण हैं जो काम को आसान बनाते हैं। बोल्डर में कोलोराडो विश्वविद्यालय के अनुसार, आज के कई जटिल उपकरण छह सरल मशीनों के संयोजन या अधिक जटिल रूप हैं। उदाहरण के लिए, हम विंडलैस बनाने के लिए शाफ्ट पर एक लंबा हैंडल लगा सकते हैं, या एक रैंप को खींचने के लिए ब्लॉक और टैकल का उपयोग कर सकते हैं। हालांकि ये मशीनें सरल लग सकती हैं, वे हमें कई ऐसे काम करने का साधन प्रदान करती हैं जो हम उनके बिना कभी नहीं कर सकते।
पहिया और धुरी
पहिया को दुनिया के इतिहास में सबसे महत्वपूर्ण आविष्कारों में से एक माना जाता है। "3500 ई.पू. में पहिये के आविष्कार से पहले, मनुष्य गंभीर रूप से सीमित था कि हम जमीन पर कितना सामान ले जा सकते हैं, और कितनी दूर," नटाली वोल्कओवर ने लाइव साइंस के लेख "टॉप 10 इन्वेंशन दैट चेंज द वर्ल्ड" में लिखा है। "पहिए वाली गाड़ियों ने बाज़ारों से और साथ ही माल की ढुलाई को सक्षम करके कृषि और वाणिज्य की सुविधा प्रदान की, साथ ही महान दूरी की यात्रा करने वाले लोगों के बोझ को कम किया।"
किसी वस्तु को सतह पर ले जाने पर पहिया सामने के घर्षण को बहुत कम कर देता है। "यदि आप अपनी फ़ाइल कैबिनेट को पहियों के साथ एक छोटी गाड़ी पर रखते हैं, तो आप टेनेसी विश्वविद्यालय के अनुसार, कैबिनेट को निरंतर गति के साथ लागू करने के लिए आवश्यक बल को कम कर सकते हैं"।
अपनी पुस्तक "प्राचीन विज्ञान: प्रागितिहास-ईडी 500" (गैरेथ स्टीवंस, 2010) में, चार्ली सैमुअल्स लिखते हैं, "दुनिया के कुछ हिस्सों में, चट्टानों और नावों जैसी भारी वस्तुओं को लॉग रोलर्स का उपयोग करके स्थानांतरित किया गया था। पीछे से लिया गया और सामने से प्रतिस्थापित किया गया। " पहिए के विकास में यह पहला कदम था।
महान नवाचार, हालांकि, एक धुरी पर एक पहिया बढ़ते में था। पहिया एक धुरी से जुड़ा हो सकता है जो एक असर द्वारा समर्थित था, या इसे धुरा के बारे में स्वतंत्र रूप से चालू करने के लिए बनाया जा सकता है। इससे गाड़ियां, वैगनों और रथों का विकास हुआ। सैमुअल्स के अनुसार, पुरातत्वविदों एक पहिया के विकास का उपयोग करते हैं जो एक धुरी पर एक अपेक्षाकृत उन्नत सभ्यता के संकेतक के रूप में घूमता है। धुरी पर पहियों का सबसे पहला साक्ष्य लगभग 3200 ई.पू. सुमेरियों द्वारा। चीनी ने स्वतंत्र रूप से 2800 ईसा पूर्व में पहिया का आविष्कार किया था।
बल गुणक
विली से साइंस क्वेस्ट के अनुसार, घर्षण को कम करने के अलावा, एक पहिया और धुरा एक बल गुणक के रूप में भी काम कर सकता है। यदि पहिया एक धुरी से जुड़ा हुआ है, और पहिया को घुमाने के लिए लागू बल की तुलना में धुरी पर पहिया, घूर्णी बल या टोक़ को चालू करने के लिए एक बल का उपयोग किया जाता है। वैकल्पिक रूप से, एक समान प्रभाव को प्राप्त करने के लिए एक लंबे हैंडल को धुरा से जोड़ा जा सकता है।
अन्य पांच मशीनें सभी मनुष्यों को एक वस्तु पर लागू बल को बढ़ाने और / या पुनर्निर्देशित करने में मदद करती हैं। उनकी पुस्तक "मूविंग बिग थिंग्स" (यह समय, 2009 के बारे में है) में, जेनेट एल। कोलोडनर और उनके सह-लेखक लिखते हैं, "मशीनें चलती वस्तुओं में सहायता करने के लिए यांत्रिक लाभ प्रदान करती हैं। यांत्रिक लाभ बल और दूरी के बीच व्यापार बंद है। " उनके इनपुट पर लागू बल को बढ़ाने वाली सरल मशीनों की निम्नलिखित चर्चा में, हम घर्षण के बल की उपेक्षा करेंगे, क्योंकि इनमें से अधिकांश मामलों में, इनपुट और आउटपुट बलों की तुलना में घर्षण बल बहुत कम है।
जब एक बल एक दूरी पर लगाया जाता है, तो यह काम पैदा करता है। गणितीय रूप से, इसे डब्ल्यू = एफ × डी के रूप में व्यक्त किया जाता है। उदाहरण के लिए, किसी वस्तु को उठाने के लिए, हमें गुरुत्वाकर्षण के कारण बल को दूर करने और वस्तु को ऊपर की ओर ले जाने के लिए कार्य करना चाहिए। किसी वस्तु को उठाने के लिए जो दो बार भारी होती है, उसे उतनी ही दूरी पर उठाने में दोगुना काम लगता है। एक ही वस्तु को दो बार दूर तक ले जाने में भी उतना ही काम लगता है। जैसा कि गणित द्वारा इंगित किया गया है, मशीनों का मुख्य लाभ यह है कि वे अधिक से अधिक दूरी पर कम मात्रा में बल लगाकर हमें समान कार्य करने की अनुमति देते हैं।
उत्तोलक
"मुझे एक लीवर और खड़े होने की जगह दें, और मैं दुनिया को स्थानांतरित कर दूंगा।" इस घमंडी दावे का श्रेय तीसरी शताब्दी के यूनानी दार्शनिक, गणितज्ञ और आविष्कारक आर्किमिडीज़ को जाता है। हालांकि यह थोड़ा अतिशयोक्ति हो सकता है, यह उत्तोलन की शक्ति को व्यक्त करता है, जो कम से कम आलंकारिक रूप से, दुनिया को स्थानांतरित करता है।
आर्किमिडीज की प्रतिभा को यह महसूस करना था कि एक ही राशि या कार्य को पूरा करने के लिए, एक लीवर का उपयोग करके बल और दूरी के बीच एक व्यापार बंद कर सकता है। लीवर के उनके कानून में कहा गया है, "न्यू यॉर्क विश्वविद्यालय में क्रिस रोरेस की एक आभासी पुस्तक" 21 वीं शताब्दी में आर्किमिडीज़ के अनुसार, "उनके वजन के अनुपात में दूरी पर चुंबकत्व संतुलन में हैं।"
लीवर में एक लंबी बीम और एक पूर्णांक, या धुरी होती है। लीवर का यांत्रिक लाभ पूर्णांक के दोनों ओर बीम की लंबाई के अनुपात पर निर्भर करता है।
उदाहरण के लिए, मान लें कि हम 100-पौंड उठाना चाहते हैं। (45 किलोग्राम) जमीन से 2 फीट (61 सेंटीमीटर) वजन। हम 100 एलबीएस लगा सकते हैं। 2 फीट की दूरी के लिए ऊपर की दिशा में वजन पर बल, और हमने 200 पाउंड-फीट (271 न्यूटन-मीटर) काम किया है। हालांकि, अगर हम वजन के नीचे एक छोर के साथ 30 फुट (9 मीटर) लीवर का उपयोग करते थे और वजन से 10 फीट (3 मीटर) के नीचे 1 फुट (30.5 सेमी) फुलक्रम रखा जाता था, तो हम केवल 50 एलबीएस के साथ दूसरे छोर पर नीचे जाने के लिए। (२३ किग्रा) भार उठाने के लिए बल। हालांकि, हमें 2 फीट वजन उठाने के लिए लीवर के अंत को 4 फीट (1.2 मीटर) नीचे धकेलना होगा। हमने एक व्यापार बंद कर दिया है जिसमें हमने लीवर को स्थानांतरित करने के लिए दूरी को दोगुना कर दिया है, लेकिन समान काम करने के लिए हमने आवश्यक बल को आधे से घटा दिया।
इच्छुक विमान
इच्छुक विमान एक सपाट सतह है, जो एक कोण पर उठाया जाता है, जैसे एक रैंप। ओहियो यूनिवर्सिटी के Russ College of Engineering and Technology में मैकेनिकल इंजीनियरिंग विभाग में प्रोफेसर बॉब विलियम्स के अनुसार, एक झुका हुआ विमान एक भार उठाने का एक तरीका है जो सीधे ऊपर उठाने के लिए बहुत भारी होगा। कोण (झुकाव वाले विमान की स्थिरता) निर्धारित करता है कि वजन बढ़ाने के लिए कितना प्रयास करने की आवश्यकता है। रैंप पर स्टंप, अधिक प्रयास की आवश्यकता है। इसका मतलब है कि अगर हम अपना 100-पौंड उठाते हैं। वजन 2 फीट, इसे 4-फुट रैंप पर रोल करके, हम आवश्यक बल को आधे से कम कर देते हैं जबकि दूरी को दोगुना करना चाहिए। यदि हम 8-फुट (2.4 मीटर) रैंप का उपयोग करते हैं, तो हम आवश्यक बल को केवल 25 पाउंड तक कम कर सकते हैं। (11.3 किग्रा)।
चरखी
अगर हम उसी 100-पौंड को उठाना चाहते हैं। एक रस्सी के साथ वजन, हम वजन के ऊपर एक पुली को बीम से जोड़ सकते हैं। इससे हम रस्सी पर चढ़ने के बजाय नीचे की ओर खिंच सकते हैं, लेकिन इसके लिए 100 पाउंड की आवश्यकता होती है। शक्ति के। हालांकि, अगर हम दो पुली का उपयोग करते थे - एक ओवरहेड बीम से जुड़ा होता था, और दूसरा वजन से जुड़ा होता था - और हम रस्सी के एक छोर को बीम से जोड़ते थे, इसे वजन पर पुली के माध्यम से चलाते थे और फिर बीम पर चरखी, हमें केवल 50 एलबीएस के साथ रस्सी पर खींचना होगा। वजन उठाने के लिए बल, हालांकि हमें 2 फीट वजन उठाने के लिए रस्सी को 4 फीट खींचना होगा। फिर से, हमने कम बल के लिए बढ़ी हुई दूरी पर कारोबार किया है।
यदि हम अधिक दूरी पर भी कम बल का उपयोग करना चाहते हैं, तो हम ब्लॉक और टैकल का उपयोग कर सकते हैं। दक्षिण कैरोलिना विश्वविद्यालय के पाठ्यक्रम सामग्री के अनुसार, "एक ब्लॉक और टैकल पुली का एक संयोजन है जो कुछ उठाने के लिए आवश्यक बल की मात्रा को कम करता है। व्यापार-बंद यह है कि ब्लॉक और टैकल के लिए रस्सी की लंबी लंबाई की आवश्यकता होती है। कुछ उसी दूरी पर जाने के लिए। "
जितने सरल पल्स होते हैं, वे अभी भी सबसे उन्नत नई मशीनों में उपयोग कर रहे हैं। उदाहरण के लिए, हैंगप्रिंटर, एक 3D प्रिंटर जो फर्नीचर के आकार की वस्तुओं का निर्माण कर सकता है, दीवारों, फर्श और छत तक लंगर डाले हुए तारों और कंप्यूटर-नियंत्रित पुली की एक प्रणाली को नियोजित करता है।
स्क्रू
जॉर्जिया स्टेट यूनिवर्सिटी द्वारा निर्मित वेबसाइट हाइपरफिजिक्स के अनुसार, "स्क्रू अनिवार्य रूप से एक शाफ्ट के चारों ओर लिपटा हुआ एक लंबा विमान है, इसलिए इसके यांत्रिक लाभ को उसी तरह से संपर्क किया जा सकता है"। कई उपकरण पेंच को चालू करने के लिए उपयोग किए जाने वाले बल की तुलना में बहुत अधिक बल लगाने के लिए स्क्रू का उपयोग करते हैं। इन उपकरणों में ऑटोमोबाइल पहियों पर बेंच वाइस और लुग नट शामिल हैं। वे न केवल स्क्रू से यांत्रिक लाभ प्राप्त करते हैं, बल्कि कई मामलों में, स्क्रू को चालू करने के लिए उपयोग किए जाने वाले लंबे हैंडल के उत्तोलन से भी।
कील
न्यू मेक्सिको इंस्टीट्यूट ऑफ माइनिंग एंड टेक्नोलॉजी के अनुसार, "वेगेस झुके हुए प्लेन हैं जो भार उठाने के लिए या लोड करने या अलग होने के लिए लोड के तहत संचालित होते हैं।" एक लंबी, पतली पच्चर एक छोटे, व्यापक पच्चर की तुलना में अधिक यांत्रिक लाभ देती है, लेकिन एक पच्चर कुछ और करता है: एक पच्चर का मुख्य कार्य इनपुट बल की दिशा को बदलना है। उदाहरण के लिए, यदि हम एक लॉग को विभाजित करना चाहते हैं, तो हम एक स्लेजहेमर का उपयोग करके बड़ी ताकत के साथ लॉग के अंत में एक कील नीचे की ओर चला सकते हैं, और पच्चर इस बल को बाहर की ओर पुनर्निर्देशित करेगा, जिससे लकड़ी विभाजित हो जाएगी। एक और उदाहरण एक डोरस्टॉप है, जहां दरवाजे के किनारे के नीचे धकेलने के लिए इस्तेमाल किया गया बल नीचे की ओर स्थानांतरित किया जाता है, जिसके परिणामस्वरूप घर्षण बल जो फर्श के पार फिसलने का प्रतिरोध करता है।
शिकागो में म्यूज़ियम ऑफ़ साइंस एंड इंडस्ट्री में सरल मशीनों से जुड़े कुछ मज़ेदार कार्यकलाप खोजें।
