Jednoduché stroje Autor: Mgr. Marcela Vonderčíková Fyzika 7. - 9. ročník Jubilejní Masarykova základní škola a mateřská škola Sedliště

Jednoduché stroje jsou zařízení, která přenášejí sílu a mechanický pohyb z jednoho tělesa na druhé těleso. Přitom umožňují měnit směr síly, přenášet její působiště a znásobovat velikost této síly. Malými silami dosahujeme pomocí jednoduchých strojů velkých účinků. Přitom však účinek malé síly musíme nahradit působením po větší dráze, takže práce, kterou vykonáme s použitím jednoduchého stroje, je stejná jako bez něho. Stroj vykoná jen takovou práci, kterou mu dodáme. Usnadňují tím práci. Působíme menší silou, s menší námahou. Zmenšují fyzickou námahu, protože působíme na dané těleso menší silou. Ve stejném poměru, v jakém se zmenší velikost síly, se zvětší dráha, na které budeme muset silou působit.

Jednoduché stroje dělíme na stroje založené na: Tělesu, na které pomocí jednoduchého stroje působíme silou, říkáme břemeno. Jednoduché stroje dělíme na stroje založené na: 1. rovnováze momentů sil - tělesa otáčivá kolem pevné osy: páka, kladka, kolo na hřídeli 2. rovnováze sil - nakloněná rovina, klín a šroub Pro jednodušší výpočty předpokládáme, že pracují bez tření a současně nebudeme uvažovat jejich hmotnost.

Páka jednozvratná Páka je tyč otočná kolem pevné osy. Jednozvratná páka je taková, kdy břemeno i  síla působí na stejné straně od osy otáčení. Pro velikost výsledného momentu sil působících na páce platí: M= M1 – M2 = F1|AO| – F2 |BO| = F |AB|

Jednozvratná páka v praxi: stavební kolečko, otvíráky na láhve louskáček na ořechy, lis na česnek... Už Archimédes pochopil vlastnosti páky. Prohlásil: „Dejte mi pevný bod a pohnu Zemí.“

M= M1 + M2 = F1|AO| + F2 |BO| = F |AB| Páka dvojzvratná Dvojzvratná páka je páka, na níž břemeno a  síla působí na opačných stranách od osy otáčení. Pro velikost výsledného momentu sil působících na dvojzvratné páce platí: M= M1 + M2 = F1|AO| + F2 |BO| = F |AB|

Na principu dvojzvratné páky pracují kleště, nůžky, houpačka, zvedání kamene tyčí ...

Pevná kladka Pevná kladka je v podstatě spojitě pracující rovnoramenná dvojzvratná páka, která mění pouze směr síly. Velikost síly zůstává nezměněná. Je to výhodné např. při zvedání břemene do výšky. Je jednodušší a fyzicky lehčí táhnout velkou zátěž dolů, než jí zvedat nahoru. Můžeme si totiž pomoct i svojí vlastní tíhou.

Volná kladka Volná kladka pracuje jako jednozvratná páka, jejíž ramena mají velikost r a 2r Volná kladka tedy umožňuje zvedat tělesa poloviční silou, než je tíha tělesa na ní zavěšeného. Z momentové věty vyplývá: M1 = M2 F1 . 2r = F2 . r F1 = F2 : 2

Kladkostroj Spojením volné a pevné kladky (několika volných a několika pevných kladek) vzniká kladkostroj, který výrazně mění velikost potřebné síly na zvednutí břemene.

Kolo na hřídeli Jde opět o spojitě pracující dvojzvratnou páku, jejíž ramena tvoří poloměr hřídele a poloměr kola. Kolo na hřídeli v praxi: rumpál (dříve používaný u studní, u kterého je kolo nahrazeno klikou), převody na jízdním kole, naviják na rybářských prutech…

Nakloněná rovina Na těleso nacházející se na nakloněné rovině působí tíha G, kterou je možné rozložit do dvou navzájem kolmých směrů: na normálovou sílu Fn - síla kolmá k nakloněné rovině a pohybovou sílu Fp - síla rovnoběžná s nakloněnou rovinou, která způsobuje pohyb tělesa dolů po nakloněné rovině.

Šroub Šroub lze chápat jako nakloněnou rovinu navinutou na válec. Dobrou představu získáme vystřižením pravoúhlého trojúhelníka a jeho navinutím na válec (PET láhev, tužku …). Přepona trojúhelníka vytvoří na válcové ploše křivku zvanou šroubovice. Podél ní je vyřezán na skutečném šroubu závit.

Použité zdroje: http://fyzika.jreichl.com