Màquina simple: diferència entre les revisions

De la Viquipèdia, l'enciclopèdia lliure
Exploració interactiva de l'historial
← Edició anteriorEdició següent →
Contingut suprimit Contingut afegit
VisualWikitext
Línia 17: Línia 17:
Les màquines simples ben sovint s'usen en combinació, com a components de màquines més complexes. Per exemple, en el [[caragol d'Arquimedes]], una bomba hidràulica, el caragol és un pla inclinat helicoidal.
Les màquines simples ben sovint s'usen en combinació, com a components de màquines més complexes. Per exemple, en el [[caragol d'Arquimedes]], una bomba hidràulica, el caragol és un pla inclinat helicoidal.


==Característiques==
⚫
== Evolució de les màquines ==

[[Arxiu:LeverPrincleple.svg|thumb|350px|En la palanca es compleix que D<sub>1</sub> x F<sub>1</sub> = D<sub>2</sub> x F<sub>2</sub>]]
Una màquina simple utilitza una única ''força aplicada'' transformant-la en una ''força resultant'', que realitza un [[treball (física)|treball]] desplaçant una sola ''càrrega'' (o vencent una ''força resistent''). Si s'ometen les pèrdues per [[fregament]], el treball realitzat per la ''força aplicada'' és igual al treball realitzat per la ''força resultant'' sobre la ''càrrega''. La màquina pot augmentar la magnitud de la ''força aplicada'' al llarg d'una determinada distància (en transformar-la en la ''força resultant''), però a costa d'una disminució proporcional en la distància recorreguda per la ''càrrega''. La relació entre la ''força aplicada'' i la ''força resultant'' es denomina ''[[avantatge mecànic]]''.

Les màquines simples poden ser considerades com els "blocs de construcció" elementals a partir dels quals es dissenyen [[màquina]]s més complexes (denominades en ocasions "màquines compostes"<ref name="O_Virginia_elementary_curriculum">{{Obra citada
|url=http://galileo.phys.virginia.edu/outreach/8thgradesol/compoundmachine.htm
|títol=Compound machines
|editorial=University of Virginia Physics Department
|fechaacceso=11 de juny de 2010
|postscript=.}}</ref><ref name="Usher">{{Cita llibre
|cognomeno=Usher
|nom=Abbott Payson
|títol=A History of Mechanical Inventions
|editorial=Courier Dover Publications
|any=1988
|ubicació=USA
|pàgines=98
|url=http://books.google.com/books?id=xuddqqa8flwc&pg=pa196#v=snippet&q=wedge%20and%20screw&f=false
|isbn=0-486-25593-X
|postscript=.}}</ref><ref name="Asimov1988"/><ref>{{citi conference
|last=Wallenstein
|first=Andrew
|title=Foundations of cognitive support: Toward abstract patterns of usefulness
|dóna't=June 2002
|booktitle=Proceedings of the 9th Annual Workshop on the Design, Specification, and Verification of Interactive Systems
|publisher=Springer
|url=http://books.google.com/books?id=g9szf7d24a8c&pg=pa136&vq=simple+machines&source=gbs_search_r&cad=1_1&sig=dynXLdHrC2AX55hDds_zGQRJv_O
|accessdate=21 de maig de 2008
|page=136}}</ref> com per exemple, el mecanisme d'una [[bicicleta]], on s'utilitzen rodes, palanques i corrioles).<ref name="Prater1994">{{Obra citada
|cognom=Prater
|nom=Edward L.
|any=1994
|títol=Basic machines
|url=http://www.constructionknowledge.net/public_domain_documents/div_1_general/basic_skills/basic%20Machines%20NAVEDTRA%2014037%201994.pdf
|editorial=O.S. Navy Naval Education and Training Professional Development and Technology Center, NAVEDTRA 14037
|postscript=.}}</ref><ref name="USBureauNavalPersonnel1971">{{Obra citada
|autor=O.S. Navy Bureau of Naval Personnel
|any=1971
|url=http://www.webpal.org/safe/aaarecovery/5_simple_technology/basic_machines.pdf
|títol=Basic machines and how they work
|editorial=Dover Publications
|postscript=.
|fechaacceso=25 de setembre de 2016
|urlarchivo=https://web.archive.org/web/20160922221747/http://www.webpal.org/safe/aaarecovery/5_simple_technology/basic_machines.pdf
|fechaarchivo=22 de setembre de 2016
}}</ref> L'avantatge mecànic d'una màquina composta és el producte dels avantatges mecànics de les màquines simples de les quals està composta.

⚫
== Evolució i història ==
===Esdeveniments clau===
* Les primeres màquines eren simples rampes o plans inclinats i troncs per fer palanca i ajudar a desplaçar blocs de pedra.
* Les primeres màquines eren simples rampes o plans inclinats i troncs per fer palanca i ajudar a desplaçar blocs de pedra.
* Posteriorment, la utilització de troncs col·locats sota de lloses va donar lloc a la invenció de la roda.
* Posteriorment, la utilització de troncs col·locats sota de lloses va donar lloc a la invenció de la roda.

Revisió del 22:06, 22 març 2022

En física, una màquina simple és un dels dispositius elementals que formen part de qualsevol màquina,[1] i que a partir de l'aplicació d'una força i amb un desplaçament, produeixen una altra força amb un desplaçament diferent.

La llista tradicional de màquines simples és:

Aquesta llista, això no obstant, no ha de considerar-se definitiva i inamovible. Alguns autors consideren la falca i el caragol com a aplicacions del pla inclinat, altres inclouen a la roda com una màquina simple, i altres més consideren al torn com una màquina composta que combina la corriola i la palanca.

Totes les màquines simples converteixen una força petita en una gran, o viceversa. Algunes converteixen també la direcció de la força. La relació entre la intensitat de la força d'entrada i la d'eixida és l'avantatge mecànic. Per exemple, l'avantatge mecànic d'una palanca és igual a la relació entre la longitud dels seus dos braços. L'avantatge mecànic d'un pla inclinat, quan la força actua en direcció paral·lela al pla, és la cosecant de l'angle d'inclinació.

Nota: Les màquines reals també són afectades per factors com la fricció i l'elasticitat. Per això, l'avantatge mecànic en una màquina real normalment difereix del seu valor teòric.

Les màquines simples ben sovint s'usen en combinació, com a components de màquines més complexes. Per exemple, en el caragol d'Arquimedes, una bomba hidràulica, el caragol és un pla inclinat helicoidal.

Característiques

thumb|350px|En la palanca es compleix que D1 x F1 = D2 x F2 Una màquina simple utilitza una única força aplicada transformant-la en una força resultant, que realitza un treball desplaçant una sola càrrega (o vencent una força resistent). Si s'ometen les pèrdues per fregament, el treball realitzat per la força aplicada és igual al treball realitzat per la força resultant sobre la càrrega. La màquina pot augmentar la magnitud de la força aplicada al llarg d'una determinada distància (en transformar-la en la força resultant), però a costa d'una disminució proporcional en la distància recorreguda per la càrrega. La relació entre la força aplicada i la força resultant es denomina avantatge mecànic.

Les màquines simples poden ser considerades com els "blocs de construcció" elementals a partir dels quals es dissenyen màquinas més complexes (denominades en ocasions "màquines compostes"[2][3][4][5] com per exemple, el mecanisme d'una bicicleta, on s'utilitzen rodes, palanques i corrioles).[6][7] L'avantatge mecànic d'una màquina composta és el producte dels avantatges mecànics de les màquines simples de les quals està composta.

Evolució i història

Esdeveniments clau

  • Les primeres màquines eren simples rampes o plans inclinats i troncs per fer palanca i ajudar a desplaçar blocs de pedra.
  • Posteriorment, la utilització de troncs col·locats sota de lloses va donar lloc a la invenció de la roda.
  • El següent pas va ser la invenció de les rodes hidràuliques, les sínies, els batans, martinets, molins, etc. Aquestes màquines eren mogudes per animals o per la força de l'aigua o el vent.
  • La revolució industrial amb la invenció de la màquina de vapor i la utilització del carbó com a font d'energia, va marcar un canvi molt important en la utilització i evolució de les màquines.
  • Des de finals del segle XIX amb el descobriment de l'electricitat i l'ús del petroli com a font d'energia, junt amb la invenció dels motors elèctrics i els motors de combustió interna ha dut a un ús massiu i imprescindible de les màquines.

Història

Imatge amb la descripció d'una sínia combinada amb un torn per hissar càrregues en una mina

La idea de màquina simple es va originar al voltant del segle III aC amb el físic grec Arquimedes, que va estudiar la palanca, la corriola, i el cargol.[4][8] Va descobrir el principi d'avantatge mecànic, reflectida en la famosa frase tradicionalment atribuïda[9] a Arquimedes pel que fa a la palanca: "Dóna'm un punt de suport, i mouré la Terra." (grec: "Δώσε μου ένα σημείο υποστήριξης, και θα μετακινήσω τη Γη.")[10] amb la qual expressava la seva comprensió que no hi ha límit a la quantitat d'amplificació de la força que es podria aconseguir mitjançant l'ús de l'avantatge mecànic, concepte que va estendre a la corriola i el cargol,[8] descrivint la seva fabricació i usos.[11] No obstant això la comprensió dels grecs es limitava a l'estàtica de les màquines simples (l'equilibri de forces); i no incloïa la consideració d'efectes dinàmics, l'equilibri entre la força i la distància, o el concepte de treball mecànic.

Durant el Renaixement la dinàmica de les potències mecàniques, com van ser cridades les màquines simples, va començar a ser estudiada des del punt de vista del lluny que es podia hissar una càrrega, o de la força que es podia aplicar. Això va conduir finalment al nou concepte de treball mecànic. En 1586, l'enginyer flamenc Simon Stevin va deduir l'avantatge mecànic del plànol inclinat, la qual cosa va portar a incloure-ho amb les altres màquines simples. La teoria dinàmica completa de les màquines simples va ser elaborada pel científic italià Galileu Galilei en 1600 en la seva obra Le Meccaniche (Sobre la mecànica), en la qual mostrava la similitud matemàtica subjacent de les diferents màquines.[12][13] Va ser el primer a comprendre que les màquines simples no creen energia, si no que solament la transformen.[12]

Les regles clàssiques de la fricció per lliscament en les màquines van ser descobertes per Leonardo da Vinci (1452-1519), però no les va incloure en els seus quaderns. Van ser redescobertes per Guillaume Amontons (1699) i desenvolupades per Charles-Augustin de Coulomb (1785).[14]

La mecànica moderna ha ampliat la noció sobre les màquines simples, que descrivien de forma massa succinta la gran varietat de màquines complexes que van sorgir a partir de la Revolució Industrial. Des del segle XIX, diferents autors han compilat llistes ampliades de «màquines simples», sovint utilitzant termes com a màquines bàsiques,[6] màquines compostes,[15] o elements d'una màquina, per distingir-les de les màquines simples clàssiques anteriors. A finals de 1800, Franz Reuleaux[16] havia identificat centenars de mecanismes elementals, que qualificava com a màquines simples. Representacions del disseny (KMODDL) d'aquests dispositius es poden trobar en els models cinemàtics de la pàgina web de la Universitat de Cornell.[17]
(Vegeu: Enllaç al catàleg de mecanismes de Cornell)

Màquines simples (Johann Sturm, 1676)

A partir de 1970, amb la progressiva generalització de les tecnologies digitals, s'han desenvolupat nombroses eines de disseny assistit per ordinador (Autodesk Inventor, SolidWorks, Pro/ENGINEER, CATIA i Solid Edge estan entre les de major difusió) que inclouen en les seves rutines la modelització de diversos mecanismes, permetent visualitzar de forma virtual el comportament cinemàtic dels dispositius dissenyats.

Referències

  1. ↑ 1,0 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5 «Péndulo». A: Enciclopedia Salvat de la Ciencia y la Técnica. Barcelona: Salvat, 1964, pag. 248, vol 8. 
  2. ↑ , <http://galileo.phys.virginia.edu/outreach/8thgradesol/compoundmachine.htm>
  3. ↑ A History of Mechanical Inventions. Courier Dover Publications, 1988, p. 98. ISBN 0-486-25593-X. 
  4. ↑ 4,0 4,1 Asimov, Isaac. Understanding Physics. Nova York, Nova York, EUA: Barnes & Noble, 1988, p. 88. ISBN 0-88029-251-2. 
  5. ↑ Plantilla:Citi conference
  6. ↑ 6,0 6,1 , <http://www.constructionknowledge.net/public_domain_documents/div_1_general/basic_skills/basic%20Machines%20NAVEDTRA%2014037%201994.pdf> Error de citació: Etiqueta <ref> no vàlida; el nom «Prater1994» està definit diverses vegades amb contingut diferent.
  7. ↑ , <http://www.webpal.org/safe/aaarecovery/5_simple_technology/basic_machines.pdf>
  8. ↑ 8,0 8,1 Chiu, Y. C.. An introduction to the History of Project Management. Eburon Academic Publishers, 2010, p. 42. ISBN 90-5972-437-2. 
  9. ↑ Ostdiek, Vern; Bord, Donald. Inquiry into Physics. Thompson Brooks/Cole, 2005, p. 123. ISBN 0-534-49168-5 [Consulta: 22 maig 2008]. 
  10. ↑ Citat per Pappus d'Alexandria en la seva obra Sinagoga, Llibre VIII
  11. ↑ Strizhak, Viktor (2004). "Evolution of design, use, and strength calculations of screw threads and threaded joints". HMM2004 International Symposium on History of Machines and Mechanisms, Kluwer Academic publishers [Consulta: 21 maig 2008] 
  12. ↑ 12,0 12,1 Krebs, Robert E. Groundbreaking Experiments, Inventions, and Discoveries of the Middle Ages. Greenwood Publishing Group, 2004, p. 163. ISBN 0-313-32433-6 [Consulta: 21 maig 2008]. 
  13. ↑ Stephen, Donald; Lowell Cardwell. Wheels, clocks, and rockets: a history of technology. W. W. Norton & Company, 2001, p. 85-87. ISBN 0-393-32175-4. 
  14. ↑ Armstrong-Hélouvry, Brian. Control of machines with friction. Springer, 1991, p. 10. ISBN 0-7923-9133-0. 
  15. ↑ Compound machines. University of Virginia Physics Department [Consulta: 11 juny 2010]. 
  16. ↑ Reuleaux, F. The kinematics of machinery (traduït i anotat per A.B.W. Kennedy). reprinted by Dover, 1963. 
  17. ↑ Cornell University. Reuleaux Collection of Mechanisms and Machines at Cornell University. Cornell University. 
A Wikimedia Commons hi ha contingut multimèdia relatiu a: Màquina simple
Obtingut de «https://ca.wikipedia.org/w/index.php?title=Màquina_simple&oldid=29755610»