Պարզ մեխանիզմ

Պարզ մեխանիզմ, մեխանիկական հարմարանք, որն օգտագործվում է ուժի մոդուլի կամ ուղղության փոփոխության համար^[2]։ Ընդհանուր առմամբ, դրանք կարող են սահմանվել որպես ամենապարզ գործիքները, որոնք օգտագործում են մեխանիկական շահումը (որը կոչվում է նաև լծակ)՝ ուժը մեծացնելու համար^[3]։ Տերմինը սովորաբար վերաբերում է վեց դասական պարզ մեխանիզմներին, որոնք հայտնաբերվել են Վերածննդի գիտնականների կողմից^[4]^[5]^[6].

Լծակ
Անիվ և առանցք
Ճախարակ
Թեք հարթություն
Սեպ
Պտուտակ։

Պարզ մեխանիզմները տալիս են մեխանիկական առավելություն, այսինքն՝ թույլ են տալիս մեծացել ազդեցությունը՝ մարմինը որոշակի հեռավորությամբ տեղափոխելու համար։ Հաշվի չառելով սահքի շփման ուժի վրա կորցվածը՝ բեռի վրա կատարվող աշխատանքը հավասար է ազդող ուժի կատարած աշխատանքին։ Մեխանիզմը կարող է մեծացնել ելքային ուժը՝ համամասնորեն նվազեցնելով այն հեռավորությունը, որով տեղափոխվում է բեռը։ Ելքային ուժի և կիրառված ուժի հարաբերակցությունը կոչվում է «մեխանիկական ուժի շահում»։ Այսինքն՝ նույն ուժը կիրառելով՝ կարելի է ավելի մեծ ուժ ստանալ կամ հեշտացնել աշխատանքը։ Պարզ մեխանիզմները հնարավորություն են տալիս բարձրացնել կամ տեղափոխելու մարմիններ, որոնք բարձրացնելը կամ տեղափոխելը դժվար կլիներ առանց դրանց կիրառման։ Պարզ մեխանիզմները կարող են օգտագործվել նաև շարժման արագության մեջ շահում ստանալու համար^[7]։

Պարզ մեխանիզմները կարելի է դիտարկել որպես տարրեր, որոնցից կազմված են ավելի ու ավելի բարդ մեքենաներ (երբեմն կոչվում են «բաղադրյալ մեխանիզմներ»)^[3]^[8]^[9]^[10]։ Օրինակ՝ հեծանիվի մեխանիզմում օգտագործվում են անիվներ, լծակներ և ճախարակներ^[11]^[12]։ Բաղադրյալ մեխանիզմի մեխանիկական շահումը պարզապես այն կազմող ամենապարզ մեխանիզմների մեխանիկական շահումների համագումարն է։

Պատմություն

Պարզ մեխանիզմի գաղափարը ծագել է հույն փիլիսոփա Արքիմեդի մոտ մ.թ. ա. III դարում, որն ուսումնասիրել է արքիմեդյան պարզ մեխանիզմները՝ լծակ, ճախարակ և պտուտակ։ Նա լծակի համար հայտնաբերել է մեխանիկական ուժի շահման սկզբունքը^[13]։ Հայտնի է Արքիմեդի հետևյալ միտքը լծակի վերաբերյալ. «Տվեք ինձ հենման կետ, և ես կշրջեմ Երկիրը» (հուն․՝ δῶς μοι πᾶ στῶ καὶ τὰν γᾶν κινάσω)^[14]^[15]։ Այն հավաստում է, թե գոյություն չունի փոխանցման գործակցի սահմանափակում, որին կարելի է հասնել՝ օգտագործելով մեխանիկական ուժի շահումը։ Ավելի ուշ հույն փիլիսոփաները հայտնաբերել են դասական հինգ պարզ մեխանիզմները (բացառությամբ թեք հարթության) և կարողացել են հաշվարկել դրանց (իդեալական) մեխանիկական ուժի շահումը^[9]։ Օրինակ՝ Հերոն Ալեքսանդրիացին (մ. թ. ա. 10-75) իր «Մեխանիկա» աշխատության մեջ թվարկում է հինգ մեխանիզմ, որոնք կարող են «տեղափոխել բեռը» (լծակ, բրաշպիլ, ճախարակ, սեպ և պտուտակ) և նկարագրում է դրանց պատրաստումն ու օգտագործումը։ Այնուամենայնիվ, հույների գիտելիքները վերաբերել են միայն պարզ մեխանիզմների ստատիկային (ուժերի հավասարակշռություն) և չեն ներառել դինամիկան, ուժի և հեռավորության կոմպրոմիսը կամ աշխատանքի հայեցակարգը։

Վերածննդի դարաշրջանում մեխանիկական ուժերի (ինչպես կոչվում էին պարզ մեխանիզմները) դինամիկան սկսել են դիտարկվել այն տեսանկյունից, թե որքան հեռու կարող են բարձրացնել բեռը, բացի կիրառվող ուժի ուսումնասիրությունից, ինչը, ի վերջո, հանգեցրել է մեխանիկական աշխատանքի նոր հայեցակարգի ի հայտ գալուն։ 1586 թվականին ֆլամանդացի ինժեներ Սիմոն Սթևինն ցույց է տվել թեք հարթության մեխանիկական առավելությունը, և այն ներառվել է պարզ մեխանիզմների ցանկում։ Պարզ մեխանիզմների ամբողջական դինամիկ տեսությունը մշակել է իտալացի գիտնական Գալիլեո Գալիլեյը 1600 թվականին «Le Meccaniche» («Մեխանիկայի մասին») տրակտատում, որում նա ցույց է տվել, որ ուժի ավելացումը ընկած է այդ մեխանիզմների մաթեմատիկական նմանության հիմքում^[16]^[17]։ Նա առաջինն է բացատրել, որ պարզ մեխանիզմները էներգիա չեն ստեղծում, այլ միայն վերափոխում են այն։

Մեքենաներում սահքի շփման դասական կանոնները հայտնաբերել է Լեոնարդո դա Վինչին (1452-1519), բայց դրանք չեն հրապարակվել և պարզապես փաստագրվել են նրա նոթատետրերում և հիմնված են նախանյուտոնյան գիտության վրա: Դրանք կրկին հայտնաբերվել են Գիյոմ Ամոնտոնի կողմից (1699) և հետագայում մշակվել են Շառլ Օգյուստեն Կուլոնի կողմից (1785)^[18]։

Պարզ մեխանիզմների տեսակներ

Թեք հարթություն — հորիզոնական հարթության վրա սուր անկյան տակ դրված հարթություն։Եթե անտեսենք շփումը թեք հարթության մակերևույթի և բեռի միջև, ապա թեք հարթությամբ բեռի բարձրացման ժամանակ ավելի փոքր ուժ գործադրելով, քան բեռի ծանրության ուժն է, կարելի է բարձրացնել բեռը։

Սեպ — մեծացնում է ճնշումը ուժն ուղղելով ավելի փոքր մակերեսի վրա։ Սեպի առաջացրած` դեպի տարբեր կողմեր ուղղված հզոր ուժերն օգտագործում են բոլոր կտրող-ծակող գործիքներում (մեխ, ասեղ, մկրատ, դանակ, սուր, նիզակ և այլն)։Ինչքան սեպը սուր է,այնքան ուժի մեջ շահումը մեծ է։

Պտուտակը պարզ մեխանիզմ է, որի պարուրակը գլանի շուրջը բազմաթիվ անգամներ փաթաթած թեք հարթություն է։ Այլ պարզ մեխանիզմների նման պտուտակն էլ կարող է փոփոխել ուժի ուղղությունը և մեծությունը:Պտուտակը, հիրավի, ամենատարածված պարզ մեխանիզմն է կենցաղում, արդյունաբերության մեջ և տեխնիկայում։ Մի դեպքում այն տարբեր մարմիններ ամրացնելու դեր է կատարում, մեկ այլ դեպքում պտտական շարժումը փոխակերպում է համընթացի, բեռ է բարձրացնում, ինքնաթիռների ու նավերի շարժիչների քարշի ուժն է ստեղծում և այլն։

Հավասարակշռության մեջ գտնվող լծակի սխեման $F_{1}D_{1}=F_{2}D_{2}$

Լծակ՝ նկարագրվել է Արքիմեդի կողմից։ Օգտագործվում է բեռների բարձրացման համար, անջատիչներում, շոգեմեքենաներում, ներքին այրման շարժիչներում։Երբ երկու ուժերի ազդեցության տակ հավասարակշռության մեջ գտնվող լծակը պտտվում է հենարանի շուրջը , փոքր ուժի կիրառման կետն ավելի մեծ ճանապարհ է անցնում, քան մեծ ուժինը։ Չափելով այդ ճանապարհները՝ ստանում ենք, որ դրանք հակադարձ համեմատական են ուժերի մոդուլներին. S2/S1=F1/F2, կամ F1⋅S1=F2⋅S2

Ճախարակ կոչվում է փորակ ունեցող անիվը, որը կարող է պտտվել գոտե կապի մեջ ամրացված առանցքի շուրջը։Ճախարակը լինում է 2 տեսակի՝շարժական և անշարժ։Անշարժ ճախարակը շահում չի տալիս։Իսկ շարժականը 2 անգամ շահում է տալիս։
Ոլորանն, ըստ էության, իրար միացված տարբեր շառավիղներով անիվներից կազմված համակարգ է, որը պտտվում է սևեռված առանցքի շուրջը։ Այն գործում է ինչպեսին սեռի լծակ, ուստի, կախված այն բանից, թե որտեղ են կիրառված ճիգն ու բեռը, կարող է շահում տալ ինչպես ուժի, այնպես էլ արագության մեջ։ Լծակի հենման կետը սևեռված առանցքն է։ Բեռի և ճիգի բազուկները համապատասխան անիվների շառավիղներն են։ Դրանց հարաբերությունն էլ հավասար է ոլորանի տված շահումին։ Ուժի մեջ շահում տվող ոլորանի օրինակ է սովորական պտուտակահանը, իսկ արագության մեջ՝ մթերք կտրատող սղոցը։ Պարզագույն ոլորանը, որը կազմված է թմբուկից և նրան ամրացված բռնակից, հայտնագործվել է խոր հնադարում։ Առավել հաճախ այն օգտագործվել է ջրհորից ջուրը վեր բարձրացնելու համար։

Անիվը հայտագործվել է մ.թ.ա. 3500 – 1000 թթ, այն տարածքներում, որտեղ ապրել են զարգացած քաղաքակրթություններ։ Օրինակ՝ Մեսապատամիի Կիշ քաղաքում հայտնաբերվել են երկանիվ և քառանիվ փոխադրամիջոցներ, իսկ այդ քաղաքակրթությունը հատնի էր իր մետաղագործությամբ, առևտրով, տնտեսությամբ։ Անիվի նախահայրը համարվում է գլորվող գերանը։ Մարդիկ գերաններ են վերցրել, գլորել և հետևել են նրա շարժմանը։ Մարդիկ հասկացել են, որ բեռը չի կարելի դնել եզրերում, այլ մեջտեղում։ Այդ գերանի այն մասը, որտեղ բեռ էին դնում, սկսել է մաշվել և մի բարակ ձող է դարձել։ Հետագայում մարդիկ սկսել են երկու մեծ հաստ կլոր փայտ կպցնել մի երկար ձողի, և այդպես ստեղծվել է անիվը։ Երբ մարդիկ գերանից անիվները պատրաստեցին, չէին կարողանում շրջադարձի ժամանակ այն կառավարել, և դրա պառճառով էլ կամ բեռն էր ընկնում, կամ սարքն էր ջարդվում։ Մարդիկ սկսել են ավելի մեծացնել այդ անցքերը և դրանց մեջ յուղ լցնել, իսկ հետո սկսեցին ձիերին կամ այլ կենդանիներին լծել։ Հետագայում մարդիկ անիվն սկսել են օգտագործել ուրիշ բնագավառներում։ Հռոմեացիները, որ ունեին ծով, ջրային անիվ ստեղծեցին։ Անիվի օրինակով ստեղծվել են իլիկը և հողմաղացը^[19]։

Մխոց, մեքենայի կամ սարքի շարժական դետալ, որը կիպ փակում է գլանի լայնական հատվածքը և շարժվում նրա առանցքին զուգահեռ։ Մխոցավոր մեքենաներում և մեխանիզմներում այն ծառայում է մեխանիկական էներգիան հեղուկի (գազի) ճնշման Էներգիայի կամ հակառակը փոխակերպելու համար։ Երկտակտ ներքին այրման շարժիչներում կատարում է նաև գազաբաշխման ֆունկցիաներ։ Կառուցվածքից, երկարության և տրամագծի հարաբերությունից կախված դրանք լինում են՝ փողավոր, սկավառակավոր, սուզված։

Ծանոթագրություններ

↑ Table of Mechanicks, from Ephraim Chambers (1728) Cyclopaedia, A Useful Dictionary of Arts and Sciences, Vol. 2, London, p.528, Plate 11
↑ Mechanical sciences: engineering mechanics and strength of materials, Prentice Hall of India
↑ ^3,0 ^3,1 Understanding Physics, Barnes & Noble, Արխիվացված է օրիգինալից 2023 թ․ հունվարի 13-ին, Վերցված է 2024 թ․ մայիսի 4-ին
↑ Physics for Technical Students: Mechanics and Heat. McGraw Hill. էջ 112. Վերցված է 2008 թ․ մայիսի 11-ին.
↑ «Mechanics». Encyclopaedia Britannica. Vol. 3. John Donaldson. 1773. էջ 44. Արխիվացված է օրիգինալից 2023 թ․ հունվարի 13-ին. Վերցված է 2020 թ․ ապրիլի 5-ին.
↑ Academic Press Dictionary of Science and Technology. Gulf Professional Publishing. 1992. էջ 1993. ISBN 9780122004001. Արխիվացված է օրիգինալից 2023 թ․ հունվարի 13-ին. Վերցված է 2024 թ․ մայիսի 4-ին.
↑ Ландсберг Г.С. Элементарный учебник физики. Том 1. — М., Наука, 1964. — с. 162
↑ Compound machines, University of Virginia Physics Department, Արխիվացված է օրիգինալից 2019 թ․ օգոստոսի 3-ին, Վերցված է 2024 թ․ մայիսի 4-ին
↑ ^9,0 ^9,1 Usher, Abbott Payson (1988). A History of Mechanical Inventions. US: Courier Dover Publications. էջ 98. ISBN 978-0-486-25593-4. Արխիվացված է օրիգինալից 2022 թ․ հունվարի 14-ին. Վերցված է 2024 թ․ մայիսի 4-ին.
↑ Wallenstein, Andrew. Foundations of cognitive support: Toward abstract patterns of usefulness. Springer. Արխիվացված է օրիգինալից 2022 թ․ հունվարի 14-ին. Վերցված է 2020 թ․ դեկտեմբերի 8-ին.
↑ Prater, Edward L. (1994), Basic machines (PDF), U.S. Navy Naval Education and Training Professional Development and Technology Center, NAVEDTRA 14037, Արխիվացված է օրիգինալից (PDF) 2020 թ․ նոյեմբերի 6-ին, Վերցված է 2024 թ․ մայիսի 4-ին
↑ U.S. Navy Bureau of Naval Personnel (1971), Basic machines and how they work (PDF), Dover Publications, Արխիվացված է օրիգինալից (PDF) 2016 թ․ սեպտեմբերի 22-ին, Վերցված է 2024 թ․ մայիսի 4-ին
↑ Chiu, Y.C. (2010), An introduction to the History of Project Management, Delft: Eburon Academic Publishers, էջ 42, ISBN 978-90-5972-437-2, Արխիվացված է օրիգինալից 2022 թ․ հունվարի 14-ին, Վերցված է 2024 թ․ մայիսի 4-ին
↑ Quoted by Pappus of Alexandria in Synagoge, Book VIII
↑ «Lever: World Invention Summary» (անգլերեն). Արխիվացված օրիգինալից 2011 թ․ օգոստոսի 23-ին. Վերցված է 06.05.2010-ին.
↑ Krebs, Robert E. (2004). Groundbreaking Experiments, Inventions, and Discoveries of the Middle Ages. Greenwood Publishing Group. էջ 163. ISBN 978-0-313-32433-8. Արխիվացված է օրիգինալից 2013 թ․ մայիսի 28-ին. Վերցված է 2008 թ․ մայիսի 21-ին.
↑ Stephen, Donald (2001). Wheels, clocks, and rockets: a history of technology. W.W. Norton & Company. ISBN 978-0-393-32175-3. Արխիվացված է օրիգինալից 2016 թ․ օգոստոսի 18-ին. Վերցված է 2024 թ․ մայիսի 4-ին.
↑ Armstrong-Hélouvry, Brian (1991). Control of machines with friction. Springer. էջ 10. ISBN 978-0-7923-9133-3. Արխիվացված է օրիգինալից 2022 թ․ հունվարի 14-ին. Վերցված է 2024 թ․ մայիսի 4-ին.
↑ Колесо изобрели не на Востоке. — Интервью с. н. с. Института истории материальной культуры РАН А. Д. Резепкина газете «Московский комсомолец».

[1] Table of Mechanicks, from Ephraim Chambers (1728) Cyclopaedia, A Useful Dictionary of Arts and Sciences, Vol. 2, London, p.528, Plate 11

[Paul-Roy-Mukherjee-2005-2] Mechanical sciences: engineering mechanics and strength of materials, Prentice Hall of India

[Asimov1988-3] 3,0 ^3,1 Understanding Physics, Barnes & Noble, Արխիվացված է օրիգինալից 2023 թ․ հունվարի 13-ին, Վերցված է 2024 թ․ մայիսի 4-ին

[Anderson-4] Physics for Technical Students: Mechanics and Heat. McGraw Hill. էջ 112. Վերցված է 2008 թ․ մայիսի 11-ին.

[Britannica1773-5] «Mechanics». Encyclopaedia Britannica. Vol. 3. John Donaldson. 1773. էջ 44. Արխիվացված է օրիգինալից 2023 թ․ հունվարի 13-ին. Վերցված է 2020 թ․ ապրիլի 5-ին.

[Morris-6] Academic Press Dictionary of Science and Technology. Gulf Professional Publishing. 1992. էջ 1993. ISBN 9780122004001. Արխիվացված է օրիգինալից 2023 թ․ հունվարի 13-ին. Վերցված է 2024 թ․ մայիսի 4-ին.

[7] Ландсберг Г.С. Элементарный учебник физики. Том 1. — М., Наука, 1964. — с. 162

[U_Virginia_elementary_curriculum-8] Compound machines, University of Virginia Physics Department, Արխիվացված է օրիգինալից 2019 թ․ օգոստոսի 3-ին, Վերցված է 2024 թ․ մայիսի 4-ին

[Usher-9] 9,0 ^9,1 Usher, Abbott Payson (1988). A History of Mechanical Inventions. US: Courier Dover Publications. էջ 98. ISBN 978-0-486-25593-4. Արխիվացված է օրիգինալից 2022 թ․ հունվարի 14-ին. Վերցված է 2024 թ․ մայիսի 4-ին.

[10] Wallenstein, Andrew. Foundations of cognitive support: Toward abstract patterns of usefulness. Springer. Արխիվացված է օրիգինալից 2022 թ․ հունվարի 14-ին. Վերցված է 2020 թ․ դեկտեմբերի 8-ին.

[Prater1994-11] Prater, Edward L. (1994), Basic machines (PDF), U.S. Navy Naval Education and Training Professional Development and Technology Center, NAVEDTRA 14037, Արխիվացված է օրիգինալից (PDF) 2020 թ․ նոյեմբերի 6-ին, Վերցված է 2024 թ․ մայիսի 4-ին

[USBureauNavalPersonnel1971-12] U.S. Navy Bureau of Naval Personnel (1971), Basic machines and how they work (PDF), Dover Publications, Արխիվացված է օրիգինալից (PDF) 2016 թ․ սեպտեմբերի 22-ին, Վերցված է 2024 թ․ մայիսի 4-ին

[Chiu-13] Chiu, Y.C. (2010), An introduction to the History of Project Management, Delft: Eburon Academic Publishers, էջ 42, ISBN 978-90-5972-437-2, Արխիվացված է օրիգինալից 2022 թ․ հունվարի 14-ին, Վերցված է 2024 թ․ մայիսի 4-ին

[14] Quoted by Pappus of Alexandria in Synagoge, Book VIII

[bookrags-15] «Lever: World Invention Summary» (անգլերեն). Արխիվացված օրիգինալից 2011 թ․ օգոստոսի 23-ին. Վերցված է 06.05.2010-ին.

[Krebs-16] Krebs, Robert E. (2004). Groundbreaking Experiments, Inventions, and Discoveries of the Middle Ages. Greenwood Publishing Group. էջ 163. ISBN 978-0-313-32433-8. Արխիվացված է օրիգինալից 2013 թ․ մայիսի 28-ին. Վերցված է 2008 թ․ մայիսի 21-ին.

[Stephen-17] Stephen, Donald (2001). Wheels, clocks, and rockets: a history of technology. W.W. Norton & Company. ISBN 978-0-393-32175-3. Արխիվացված է օրիգինալից 2016 թ․ օգոստոսի 18-ին. Վերցված է 2024 թ․ մայիսի 4-ին.

[18] Armstrong-Hélouvry, Brian (1991). Control of machines with friction. Springer. էջ 10. ISBN 978-0-7923-9133-3. Արխիվացված է օրիգինալից 2022 թ․ հունվարի 14-ին. Վերցված է 2024 թ․ մայիսի 4-ին.

[19] Колесо изобрели не на Востоке. — Интервью с. н. с. Института истории материальной культуры РАН А. Д. Резепкина газете «Московский комсомолец».

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]

[14]

[15]

[16]

[17]

[18]

[19]