Как работает автомат машинка: Как работает стиральная машина: основные процессы и принципы

Как работает стиральная машина: основные процессы и принципы

Наверное, мало кто задумывался о том, как работает стиральная машина. Однако, эта информация поможет вам действовать правильно, если возникнут поломки. Предлагаем рассмотреть алгоритм работы техники.

Этапы стирки

Работа стиральной машины-автомат основана на самостоятельном проведении всех процессов. Техника полностью контролирует их в соответствии с параметрами, заданными пользователем. Если стиралка не повреждена, все этапы стирки будут налаженными. При появлении сбоев вы можете попробовать устранить их своими силами или обратиться за помощью к опытному специалисту.

Как происходит подготовка к стирке:

• Перед началом стирки необходимо загрузить в барабан грязное белье, предварительно изъяв из карманов мелкие предметы: металлические детали, мелочь, пуговицы.
• В порошкоприемник добавить стиральное средство.
• Выбрать нужную программу стирки.

Рекомендация. На одежде есть бирка, на которой обычно указывается информация, при какой температуре и в каком режиме стирать вещь. Не пренебрегайте этим правилом.

• Включить кнопку «Пуск».

Вот и все. Процесс стирки запущен, осталось только дождаться окончания цикла.

Важно! Перед тем, как загрузить белье в стиралку, необходимо отсортировать вещи: по типу ткани, цвету и степени загрязнения. Такой метод гарантирует лучшее качество стирки и снижает риск разрыва или смятия вещей.

Что происходит во время стирки

Вы выставили все заданные параметры, и вам не нужно участвовать в дальнейшем процессе. Машинка самостоятельно набирает воду и стирает грязное белье. Порошкоприемник омывается водой, и средство попадает в барабан. При достаточном количестве воды, ТЭН нагревает ее до нужной температуры – начинается основная стирка. Начинает крутиться барабан, а вещи вращаются в мыльном растворе, что позволяет удалить все загрязнения.

Принцип работы стиральной машины

На рынке бытовой техники представлено два вида стиральных машин: фронтальные и вертикальные. Разберем, как функционируют детали в машинах каждого типа.

Для чего в стиралке барабан

В стиральной машине важной деталью, да и самим центром техники, выступает барабан, предназначенный для загрузки грязного белья. Когда устанавливается программа, и пользователь запускает машинку, барабан начинает круговые движения, белье опускается в воду, которая проникает сквозь множество маленьких отверстий. Попадая в порошкоприемник, стиральное средство смешивается с водой, образуя мыльный раствор. Вещи в нем стираются механическим способом. Процесс подобен ручной стирке, только машинный способ не требует никаких действий с вашей стороны.

Важно! В барабане не должно быть посторонних металлических деталей и прочего. Если в машинку попадет инородный предмет, он может повредить барабан. Ремонт обойдется вам в немалую сумму.

Как бак влияет на работу машинки

Бак – это важная деталь в стиралке, которая располагается вокруг барабана. В разных моделях машинок установлены баки из эмалированной или нержавеющей стали, а также из пластика. Бак предназначен для сбора воды, в то время как барабан – это активно вращающая часть, необходимая для движения белья. Таков принцип работы стиральной машины-автомат при стирке.

СМА фронтального типа ориентированы на загрузку белья через боковой люк. В вертикальные машинки вещи помещаются через верхнюю крышку.

Интересно! По статистике, наиболее долговечными считаются баки, изготовленные из нержавейки. При бережном использовании, соблюдении всех правил и регулярном уходе, машинка с нержавеющим баком прослужит долгие годы.

Полоскание белья и система слива

Суть полоскания – в вымывании моющих средств.

Если вы чувствительны к «химии», выбирайте функцию дополнительного полоскания.

Каков же принцип работы машинки во время полоскания белья?

1. Программатор подает сигнал сливному насосу для откачки грязной, мыльной отработанной воды.
2. Отработанная вода полностью уходит из бака.
3. Полоскание начинается с набора чистой воды, но при этом не добавляется порошок.
4. Вода начинает поступать в бак, а барабан вращается.
5. Когда полоскание заканчивается, вода покидает бак через систему слива.

Отжим

Схема работы стиральной машины-автомат в процессе отжима предельно простая:

• Барабан начинает выполнять вращательные действия на предельно высокой скорости.
• Белье прилегает к стенкам барабана благодаря центробежной силе.
• Выходящая из белья вода стекает в бак сквозь отверстия барабана.
• Помпа откачивает воду в канализацию.

Важно! Скорость отжима регулируется числом оборотов барабана. Хотите достать белье сухим? Устанавливайте максимальную отметку.

Отжим – шумный и активный процесс. Большие камни в корпусе СМА (противовесы) гасят вибрации во время отжима. В зависимости от выбора программы, может колебаться и скорость отжима: обычно от 200 до 1200 оборотов. К примеру, выбрав стирку деликатных вещей, вы увидите, что отжим выставлен на небольшие обороты или отключен. Вещи из более плотных материалов, не требующих особого ухода, можно отжимать на максимальной скорости. Учтите, что выбрать скорость отжима нужно еще до начала стирки.

Стирка окончена

Когда все описанные выше этапы стирки пройдены, и сработала функция отжима, можно считать процесс стирки завершенным. Перед этим барабан несколько раз вращается для равномерного распределения белья. Остановка машинки оповещает пользователя о том, что стирка окончена. Открывайте люк только после нажатия клавиши «ВЫКЛ».

Важно! Если у вас не получается открыть дверцу, подождите несколько минут, чтобы разблокировался замок люка.

Предлагаем посмотреть интересное видео:

Несколько полезных советов

Если у вас еще нет дома стиральной машинки, при покупке обратите внимание на такие моменты:

1. Посмотрите на материал, из которого изготовлен барабан. Стиралки с нержавеющим барабаном считаются надежнее.
2. Интересуйтесь, какова максимальная скорость вращения барабана.
3. Уточните, есть ли в машинке функция сушки и полоскания.
4. Обратите внимание на объём барабана и перечень программ.

Если говорить о том, как должна работать стиральная машина автомат, то все достаточно просто. Все процессы стирки задает пользователь, выбирая режим, температуру, скорость отжима. В целом цепь стирки такая:

1. Загрузка средств в кюветку.
2. Загрузка белья.
3. Выбор программы (или параметров стирки).
4. Запуск цикла стирки.
5. Забор воды.
6. Если требуется, подогрев воды.
7. Стирка.
8. Слив воды.
9. Полоскание.
10. Слив воды.
11. Отжим.

В итоге вы получаете чистые и практически сухие вещи.

Как работает стиральная машина – устройство и принцип работы автомата.

В современном мире женщины тратят на хлопоты по дому не так много сил и часов, как раньше. Объясняется это довольно просто: наличие техники для быта помогло упростить жизнь.

Достаточно загрузить стиральную машинку, выставить требуемый режим и ждать, когда завершится рабочий процесс. Это поможет освободить несколько часов для занятия другими делами: уборкой квартиры, приготовлением обеда или отдыхом.

Чтобы правильно подобрать технику для стирки, необходимо руководствоваться следующими показателями:

• способом загрузки белья;
• габаритами;
• функциональностью;
• вместительностью.

Грамотно подобранная машинка станет прекрасным помощником для женщины и всей семьи.

Интересно для прочтения: «Как выбрать стиральную машину».

1. Из чего состоит стиральная машина

Независимо от бренда и марки, техника данного типа имеет одинаковое внутреннее строение. Чтобы приобрести качественный прибор, необходимо знать, как устроена стиральная машина автомат. 

Состоит она из следующих элементов:

• корпус;
• система залива воды;
• датчики;
• бак и барабан;
• нагреватель
• блок управления;
• сливная система;
• двигатель.

Чтобы понять принципы, по которым функционирует аппарат, например модели Bosch, владелец должен самостоятельно разобраться с внутренним строением. Это поможет в дальнейшем избежать трудности в установке или ремонте техники.

Корпус

Все внутренние элементы машинки располагаются в прочной обшивке из металла. Она препятствует образованию повреждений, вмятин и царапин, сохраняет детали в рабочем состоянии. 

Состоит следующих элементов:

1. Основания.

2. Передней, задней и боковой стенки.

3. Панели с люком.

4. Крышки.

На лицевой части размещен пульт управления, там же установлен отсек, куда нужно засыпать порошок или другие средства для стирки. Они попадают внутрь при помощи струи воды. Стиральная машинка с фронтальной загрузкой имеет блокировку, которая не дает дверце открываться, когда аппарат выполняет свое предназначение.

Система залива воды

После того как выбрана программа для стирки, производится запуск аппарата, блокируется дверца. Первым делом открывается клапан электромагнитного типа, при помощи которого вода попадает в барабан. Такое действие происходит до тех пор, пока датчик «не оповестит» о том, что жидкости в резервуаре достаточно для начала стирки.

Чтобы обеспечить бесперебойную подачу воды, шланг для залива подсоединяется к водопроводной системе.

Предлагаем ознакомиться: «ТОП-13 популярных стиральных машин-автоматов».

Бак и барабан

Одним из наиболее объемных элементов выступает бак. В зависимости от размеров он может вмещать от 3 до 12 кг белья. Примером выступает модель LG FH096TD3,  вместительностью в 8 кг.

Чтобы избежать вибрации при работе, соединение бака и корпуса производится не жестко. 

Для поддержки в процессе функционирования применяют:

• 2-4 рессоры, которые расположены вверху;
• утяжелитель для исключения колебательных и вибрационных движений;
• 2-4 глушителя в нижнем отсеке бака.

Такие механизмы  гарантирует устойчивость аппарата. В баке располагается устройство с множеством отверстий, через которые после включения начинается подача жидкости. 

Сливная система

После прохождения цикла необходимо избавиться от мыльной воды. Осуществляется такой процесс при помощи шланга. Он представляет собой гофрированный рукав, длина которого колеблется от 1 до 4 метров. Крепится с одной стороны к насосу, а с другой – в систему канализации.

В период стирки слив происходит несколько раз благодаря таким деталям, как:

• моторчик;
• крыльчатка;
• «улитка».

За работу насоса синхронного вида ответственный электронный модуль.

Блок управления

Является один из важных частей машины для стирки, например аппарата Electrolux EWS1066CUU. Данный прибор руководит всеми микросхемами и по праву считается «мозгом» устройства.

Блок управляет такими частями: 

• ТЭНом;
• баком и барабаном;
• системой слива и подачи воды;
• насосом и другими.

Узел является не только важной частью стиральной машинки, но и наиболее дорогостоящей. С его помощью определяется вид поломки, сложность ремонта и необходимость вызвать мастера. Чтобы продлить срок службы, следует регулярно проводить профилактику стиральной машинки. Она поможет избежать серьезных поломок в будущем.

Полезно прочитать: «Как продлить жизнь стиральной машинке: 8 полезных советов».

Датчики

Правильное и бесперебойное функционирование бытовой техники осуществляется при помощи специальных приборов. На них поступает информация от аппарата во время стирки. К регуляторам относят:

1. Прессостат. Главным предназначением выступает отслеживание уровня поступающей в бак воды.
2. Воздушная камера. Производится из пластика и располагается возле сливной трубки.
3. Термостат. С его помощью определяется температура воды, которая располагается в баке, после чего полученные данные поступают на блок управления.
4. Таходатчик. Отвечает за количество оборотов, которые необходимы для проведения отжима. Их число зависит от выбранного режима стирки. Максимальное количество – 1600, как в модели Siemens WM 16Y891 EU.

В совокупности датчики являются необходимыми составляющими, которые контролируют весь рабочий процесс.

ТЭН

Располагается нагреватель во внутренней части корпуса и служит для повышения температуры воды. Его мощность колеблется в пределах от 1800 до 2200 Вт. Трубчатый электронагреватель располагается в нижней части и является наиболее хрупкой и уязвимой деталью.

На уровень его работы влияет образование накипи. Чтобы продлить период эксплуатации нагревателя, необходимо использовать средство для очистки от налета, например, Electrolux E6SMP106.

Двигатель

Данная деталь приводит барабан в действие. Зачастую на стиральные машинки устанавливается коллекторный мотор. Наиболее результативным способом крепежа выступает прямой привод, то есть соединение происходит непосредственно к барабану.

Такой вид не нуждается в потреблении энергии для вращения в больших объемах, а издаваемый шум и вибрация в процессе функционирования будет на порядок ниже. Плюсом выступает то, что мотор не занимает много места, что положительно влияет на габариты стиральной машинки. В качестве примера выступает Beko WKY71033PTLYSB2.

Изучив внутреннее строение техники, пользователь сможет подобрать достойный вариант, который прослужит длительный срок.

Полезно будет узнать: «Сколько воды потребляет автомат – 6 причин большого расхода воды стиральной машины».

2. Принцип работы стиральной машины автомата

Нынешняя бытовая техника данного типа проводит процесс стирки от начала и до конца. Для этого необходимо провести такие манипуляции:

1. Включить аппарат в сеть.

2. Загрузить в барабан белье. При этом необходимо учитывать материал, из которого сделаны вещи, режим стирки, подходящий для конкретной категории одежды.

3. Засыпать порошок и прочие вещества в специальный отдел.

4. Выставить режим работы, плотно закрыть дверцу и запустить цикл.

Многих пользователей интересует вопрос, как работает стиральная машина- автомат и ее двигатель. Это простая процедура, которая состоит из нескольких главных этапов.

Начало стирки

Для определенного вида ткани машинка автомат предлагает свой режим. Следует подбирать белье по цвету, чтобы одежда не линяла и сохраняла оттенок.

Начинается все с загрузки вещей в барабан. При этом следует учитывать объем бака. Например, Samsung WW60K42109SDUA вмещает до 6 кг. После этого в отсек для порошка засыпается необходимое количество вещества. Устанавливается требуемый режим стирки. На современных машинках автомат можно выставить таймер включения, если нет возможности запустить процесс сразу.

Функционируют аппараты в таких режимах:

• деликатный;
• стирка шерстяных, хлопковых, синтетических вещей;
• ручной;
• интенсивный;
• быстрый и ежедневный.

После того как выбрана нужная функция, плотно закрывается дверца и нажимается кнопка «старт». В этот момент происходит фиксация, благодаря которой люк не сможет открыться в процессе работы стиральной машинки.

Загрузка аппарата проводится двумя способами: фронтальным, когда дверца расположена с передней стороны корпуса (как в аппарате Gorenje W 7513/S1), или вертикальным (как в случае со стиральной машинкой Whirlpool AWE 6080).

Процесс стирки

После включения и начала функционирования машинки в работу вступает насос, который отвечает за подачу воды. Она поступает в барабан через небольшие круглые отверстия, достигает нужного уровня. За это отвечает прессостат.

Когда вода достигла нужного уровня, при помощи датчика на панель управления поступает информация, и подача жидкости прекращается.

После этого начинается стирка. Она характеризуется следующим образом:

1. Поток воды вымывает порошок из ячейки, он попадает в барабан.
2. Вращательные движения способствуют тому, что загруженное белье полностью намокает и пропитывается средствами для стирки. Это способствует качественному очищению от пятен и прочих загрязнений.
3. В период цикла возможен подсос воды. Длится стирка в зависимости от выбранной программы. 

Именно при помощи мотора осуществляются обороты барабана. Для моделей Zanussi, как и для других стиральных машинок, такой процесс идентичный.

Читайте также: Как открыть дверцу стиральной машины? Почему блокируется люк

Слив воды и полоскание белья

Когда пройдут режимы, связанные со стиркой, аппарат при помощи насоса выпускает воду в канализацию. Помпа будет функционировать, пока датчик не передаст информацию о том, что барабан пуст. После этого необходимо провести полоскание.

Для этого включается клапан и начинается заливка чистой воды из системы водопровода. Потоки попадают в отсек с моющими средствами, только на этот раз в отдел с ополаскивателем. Используется он по желанию потребителей. В работу вступает двигатель, который передает вращательные движения на барабан. Так начинается полоскание. Время его зависит от выбранного в начале стирки режима.

По завершении полоскания снова в действие приходит деталь, откачивающая воду из бака. Узнать, как работает насос стиральной машины, к примеру в Gorenje W7202/S, несложно. Предназначением устройства выступает выпуск жидкости из внутренней части барабана. 

Не нужно забывать, что полоскание происходит не один раз. По завершении вода сливается через шланг в сток, а машинка переходит к совершению следующей задачи.

Отжим белья

Это завершающий этап стирки. Основой отжима являются законы физики: барабан при помощи двигателя вращается на большой скорости, совершая за минуту 1200 и более оборотов, как модель Zanussi ZWSG7121V.

Сам процесс описывается следующим образом:

• Под действием центробежной силы одежда прижимается к поверхности барабана, благодаря чему вода из одежды выталкивается.
• Жидкость уходит таким же способом как и поступает: через круглые отверстия бака.
• Вода скапливается на дне, а оттуда выкачивается помпой на сливной шланг и вытекает в отвод. 

Сухость вещей напрямую зависит от числа оборотов. Чем оно выше, тем лучше отожмется одежда. При выставлении режима следует учитывать, что для каждого установлено ограничение. Для деликатной и ежедневной стирки будет выставляться разное количество оборотов за 60 секунд.

Также будет интересно «Плесень в стиральной машине: 3 этапа очистки». 

Окончание стирки

По завершении работы аппарат  выключается автоматически. Пользователю нужно будет только отключить питание. Чтобы сэкономить использование энергии, рекомендуется выбирать стиральные машинки класса А+++.

Следует учитывать, что сразу после завершения цикла дверца еще некоторое время будет заблокирована. Когда люк откроется, можно доставать белье и развешивать его для дальнейшего просушивания. Чтобы убедиться, что в барабане ничего не осталось, можно вручную несколько раз его провернуть.

Новые технологии позволили создать аппарат со встроенной функцией сушки. Выставляя определенный режим, белье в машинке-автомат не только стирается, но и полностью высыхает. Примером выступает Samsung WD70M4443JW/UA.

Читайте также: «Почему стиральная машина бьет током: 4 причины и 3 решения»

Несмотря на то, что некоторые агрегаты имеют высокую стоимость, популярность их высока. Это связано с тем, что аппараты характеризуются рядом достоинств. К ним можно отнести: 

• экономию времени;
• бережную стирку в выбранном режиме;
• наличие большого числа программ;
• низкое потребление энергии.

Используя современное оборудование для бытовых нужд, больше не нужно выделять целый день на заботы по дому и это очень радует пользователей. 

Смотрите видео: Стиральные машины: история конструкция принцип работы.

Обучение простым машинам

Обучение простым машинам

Общие сведения о простых машинах:

Машина — это устройство, которое работает. Большинство машин состоит из
ряд элементов, таких как шестерни и шариковые подшипники, которые работают вместе в
сложный способ. Тем не менее, какими бы сложными они ни были, все машины
каким-то образом основанный на шести типах простых машин. Эти шесть типов машин
рычаг, колесо и ось, шкив, наклонная плоскость, клин,
и винт.

Принципы простых машин:

Машины просто передают механическую работу от одной части устройства к другой части. Машина производит силу и управляет направлением и движением силы, но она не может создавать энергию. Способность машины выполнять работу измеряется двумя факторами. Это (1) механическое преимущество и (2) эффективность.

Механическое преимущество. В машинах, которые передают только механическую энергию, отношение силы, прилагаемой машиной, к силе, приложенной к машине, известно как механическое преимущество. При механическом преимуществе расстояние, на которое будет перемещаться груз, будет лишь частью расстояния, на которое будет приложено усилие. В то время как машины могут обеспечить механическое преимущество больше 1,0 (и даже меньше 1,0 при желании), ни одна машина никогда не может выполнять больше механической работы, чем затраченная на нее механическая работа.

Эффективность. Эффективность машины – это отношение между работой, которую она производит, и работой, вложенной в нее. Хотя трение можно уменьшить, смазывая маслом любые скользящие или вращающиеся детали, все машины производят некоторое трение. Рычаг имеет высокий КПД за счет того, что имеет малое внутреннее сопротивление. Работа, которую он производит, почти равна работе, которую он получает, потому что энергия, израсходованная на трение, очень мала. С другой стороны, а-шкив может быть относительно неэффективным из-за значительно большего внутреннего трения. Простые машины всегда имеют КПД менее 1,0 из-за внутреннего трения.

Энергосбережение. Если на мгновение пренебречь потерями энергии из-за трения, работа, совершаемая простой машиной, аналогична работе, совершаемой машиной для выполнения какой-либо задачи. Если работа в равных получается, то машина эффективна на 100%.

Рычаг. Рычаг представляет собой стержень, опирающийся на ось. Сила (усилие), приложенная в одной точке, передается через точку опоры (точку опоры) в другую точку, которая перемещает объект (груз).

Идеальное механическое преимущество (IMA) рычага без учета внутреннего трения зависит от отношения длины плеча рычага, к которому прикладывается сила, к длине рычага, поднимающего груз. IMA рычага может быть меньше или больше 1 в зависимости от класса рычага. Различают три класса рычагов в зависимости от
относительные положения прилагаемого усилия, нагрузки,
и точка опоры.

• Рычаги первого рода имеют точку опоры, расположенную между нагрузкой и усилием ( L FE). Если оба плеча рычага имеют одинаковую длину, усилие должно быть равно нагрузке. Чтобы поднять 10 фунтов, необходимо приложить усилие в 10 фунтов. Если рычаг усилия длиннее рычага нагрузки, как в случае с ломом, рука, прилагающая усилие, перемещается дальше, и усилие меньше нагрузки. СОЦИАЛЬНЫЙ КОНТЕКСТ. Качели, ломы и балансиры с равными плечами являются примерами первоклассных рычагов; ножницы — это двойной рычаг первого класса.
• Рычаги второго рода имеют нагрузку, расположенную между точкой опоры и усилием (F Л Е). Как и в тачке, ось колеса является точкой опоры, рукоятки обозначают положение приложения усилия, а груз размещается между руками и осью. Руки, прилагающие усилие, проходят большее расстояние и меньше груза. СОЦИАЛЬНЫЙ КОНТЕКСТ: Помимо тачки, монтировка представляет собой рычаг второго рода. Щелкунчик – это двойной рычаг этого класса.
• Рычаги третьего рода имеют усилие, расположенное между грузом и точкой опоры (FE л ). Рука, прилагающая усилие, всегда перемещается на более короткое расстояние и должна быть больше, чем нагрузка. СОЦИАЛЬНЫЙ КОНТЕКСТ. Предплечье — это рычаг третьего рода. Рука, удерживающая вес, поднимается двуглавой мышцей плеча, прикрепленного к предплечью около локтя. Локтевой сустав является точкой опоры.

• Составные рычаги объединяют два или более рычага, обычно для уменьшения усилия. Применяя принцип составного рычага, человек мог использовать вес одной руки, чтобы уравновесить груз весом в тонну.
• Закон равновесия
  Рычаг находится в равновесии, когда усилие и нагрузка уравновешивают друг друга; то есть сумма крутящих моментов (сила, умноженная на плечо рычага) равна нулю. Усилие, умноженное на длину нагрузочного плеча, равно произведению нагрузки на длину нагрузочного плеча.

Колесо и ось. Колесо и ось по существу модифицированы
рычаг, но он может перемещать груз дальше, чем рычаг. Центр оси
служит опорой.

Идеальным механическим преимуществом (IMA) колеса и оси является отношение радиусов. Если усилие приложено к большому радиусу, механическое преимущество равно R/r, которое будет больше единицы; если усилие приложено к маленькому радиусу, механическое преимущество все равно R/r, но оно будет меньше 1.

Шкив. Шкив – это колесо, по которому продет канат или ремень.
Это также форма колеса и оси. Шкивы часто соединяются между собой в
для получения значительного механического преимущества.

Идеальное механическое преимущество (IMA) шкива напрямую зависит от количества поддерживающих струн, N.

Наклонная плоскость. Наклонная плоскость представляет собой простое устройство,
вообще на машину не похож. Механическое преимущество увеличивается по мере увеличения
угол наклона уменьшается. Но тогда груз придется перемещать на большую
расстояние.

Идеальным механическим преимуществом (IMA) наклонной плоскости является длина наклона, деленная на вертикальный подъем, так называемое отношение пробега к подъему. Механическое преимущество увеличивается по мере уменьшения наклона склона, но тогда груз придется перемещать на большее расстояние. Опять же, работа на равных работает в полностью эффективной системе. Трение будет большим, если предметы будут скользить по поверхности наклонной плоскости. Эффективность можно повысить за счет использования роликов в сочетании с наклонной плоскостью.

Клин. Клин является приспособлением наклонной плоскости. Это
может использоваться для подъема тяжелого груза на небольшое расстояние или для раскалывания бревна.

Идеальное механическое преимущество (IMA) клина зависит от угла наклона тонкого конца. Чем меньше угол, тем меньшая сила требуется для перемещения клина на заданное расстояние, скажем, через бревно. В то же время количество расщеплений уменьшается при меньших углах.

Винт. Винт на самом деле представляет собой наклонную плоскость, обернутую
спираль вокруг вала. Винтовой домкрат сочетает в себе полезность винта и
рычаг. Рычаг используется для поворота винта.

Идеальное механическое преимущество (IMA) винта в идеале представляет собой отношение длины окружности винта к расстоянию, которое он продвигает за каждый оборот. Крепежные винты, проходящие через гайку, могут быть относительно эффективными. Шурупы по дереву, как правило, не эффективны на 100%, поскольку значительное количество энергии теряется на трение и перемещение материи. Винтовой домкрат, такой как те, которые используются для подъема домов и других построек, сочетает в себе полезность винта и рычага. Рычаг используется для поворота винта. Механическое преимущество винтового домкрата довольно велико.

6 простых машин: облегчение работы

Живая наука поддерживается аудиторией. Когда вы покупаете по ссылкам на нашем сайте, мы можем получать партнерскую комиссию. Вот почему вы можете доверять нам.

Прикрепление колеса к оси сделало возможным создание тележек и считается одним из самых значительных изобретений в мировой истории.
(Изображение предоставлено: Сурасак Саенджай | Shutterstock)

На протяжении всей своей истории люди разработали несколько простых машин, облегчающих работу. Наиболее примечательные из них известны как «шесть простых механизмов»: колесо и ось, рычаг, наклонная плоскость, шкив, винт и клин, хотя последние три на самом деле являются просто расширениями или комбинациями первых. три, согласно Британской энциклопедии (открывается в новой вкладке).

Поскольку работа определяется как сила, действующая на объект в направлении движения, машина облегчает выполнение работы, выполняя одну или несколько из следующих функций, согласно Бостонского университета (открывается в новой вкладке):

• перенос силы из одного места в другое,
• изменение направления силы,
• увеличение величины силы или
• увеличение расстояния или скорости силы.

Простые машины — это устройства без движущихся частей или с очень небольшим количеством движущихся частей, которые облегчают работу. По данным Университета Колорадо в Боулдере, многие из современных сложных инструментов представляют собой просто комбинации или более сложные формы шести простых механизмов . Например, мы можем прикрепить длинную ручку к валу, чтобы сделать лебедку, или использовать блок и полиспасты, чтобы тянуть груз вверх по пандусу. Хотя эти машины могут показаться простыми, они продолжают предоставлять нам средства для выполнения многих вещей, которые мы никогда не смогли бы сделать без них.

Колесо и ось

(Изображение предоставлено Getty Images)

Колесо считается одним из самых значительных изобретений в мировой истории. «До изобретения колеса в 3500 году до нашей эры люди были сильно ограничены в том, сколько вещей мы можем перевозить по суше и как далеко», — как ранее сообщал Live Science. Колесные тележки облегчили сельское хозяйство и торговлю, позволив перевозить товары на рынки и с рынков, а также облегчив бремя людей, путешествующих на большие расстояния, 

Колесо значительно снижает трение, возникающее при перемещении объекта по поверхности. «Если вы поместите свой картотечный шкаф на небольшую тележку с колесами, вы можете значительно уменьшить усилие, необходимое для перемещения шкафа с постоянной скоростью», — утверждают в Университете Теннесси.

В своей книге «Древняя наука: предыстория — 500 г. н. э. » Чарли Сэмюэлс пишет: «В некоторых частях мира тяжелые объекты, такие как камни и лодки, перемещались с помощью бревенчатых роликов. , катки сняты сзади и заменены спереди.» Это был первый шаг в развитии колеса.

Великое новшество заключалось в установке колеса на ось. Колесо можно было прикрепить к оси, которая опиралась на подшипник, или заставить его свободно вращаться вокруг оси. Это привело к развитию повозок, повозок и колесниц. По словам Сэмюэлса, археологи используют развитие колеса, вращающегося на оси, как показатель относительно развитой цивилизации. Самые ранние свидетельства наличия колес на осях относятся примерно к 3200 г. до н.э. шумерами. Китайцы самостоятельно изобрели колесо в 2800 г. до н. э.

Ссылки по теме

В дополнение к снижению трения, колесо и ось также могут служить множителем силы. Если колесо прикреплено к оси и для поворота колеса используется сила, вращающая сила или крутящий момент на оси намного больше, чем сила, приложенная к ободу колеса. В качестве альтернативы к оси можно прикрепить длинную ручку для достижения аналогичного эффекта.

Остальные пять машин помогают людям увеличивать и/или перенаправлять силу, прикладываемую к объекту. В своей книге « Перемещение больших вещей , Джанет Л. Колоднер и ее соавторы пишут: «Машины обеспечивают механическое преимущество, помогая перемещать объекты. Механическое преимущество — это компромисс между силой и расстоянием». При последующем обсуждении простых машин, которые увеличивают силу, приложенную к их входу, мы будем пренебрегать силой трения, потому что в большинстве этих случаев сила трения очень велика. малы по сравнению с задействованными входными и выходными силами

Когда сила приложена на расстоянии, она производит работу. Математически это выражается как W = F × D. Например, чтобы поднять объект, мы должны совершить работу, чтобы преодолеть силу гравитации и переместить объект вверх. Чтобы поднять предмет, который в два раза тяжелее, требуется в два раза больше работы, чтобы поднять его на такое же расстояние. По данным Обернского университета, требуется в два раза больше работы, чтобы поднять один и тот же объект в два раза выше . Как указано в математике , основное преимущество машин заключается в том, что они позволяют нам выполнять тот же объем работы, применяя меньшее усилие на большем расстоянии.

Рычаг

Примером рычага являются качели. Это длинная балка, уравновешенная на оси. (Изображение предоставлено Getty Images)

«Дайте мне рычаг и точку опоры, и я переверну мир». Это хвастливое заявление приписывается греческому философу, математику и изобретателю третьего века Архимеду . Хотя это может быть некоторым преувеличением, оно действительно выражает силу рычагов, которые, по крайней мере фигурально, двигают мир.

Гениальность Архимеда заключалась в том, что он понял, что для выполнения того же количества или работы можно найти компромисс между силой и расстоянием, используя рычаг. Его закон рычага гласит: «Величины находятся в равновесии на расстояниях, обратно пропорциональных их весам», согласно « Архимед в 21 веке », виртуальной книге Криса Рорреса из Нью-Йоркского университета.

Рычаг состоит из длинной балки и точки опоры или шарнира. Механическое преимущество рычага зависит от соотношения длин балки по обе стороны от точки опоры.

Например, мы хотим поднять 100-фунтовый груз. (45 кг) вес 2 фута (61 см) над землей. Мы можем приложить 100 фунтов. силы на вес в направлении вверх на расстоянии 2 фута, и мы выполнили работу в 200 фунт-футов (271 ньютон-метр). Однако, если бы мы использовали 30-футовый (9 м) рычаг с одним концом под грузом и 1-футовой (30,5 см) точкой опоры, расположенной под балкой на расстоянии 10 футов (3 м) от груза, мы получили бы только надавить на другой конец с 50 фунтами. (23 кг) силы, чтобы поднять вес. Однако нам пришлось бы опустить конец рычага на 4 фута (1,2 м), чтобы поднять вес на 2 фута. Мы пошли на компромисс, удвоив расстояние, необходимое для перемещения рычага, но уменьшили необходимое усилие наполовину, чтобы выполнить тот же объем работы.

Наклонная плоскость

Наклонная плоскость — это просто плоская поверхность, приподнятая под углом, наподобие пандуса. По словам Боба Уильямса, профессора кафедры машиностроения Инженерно-технологического колледжа Расса в Университете Огайо, наклонная плоскость — это способ подъема груза, который слишком тяжел, чтобы поднимать его прямо вверх. Угол (крутизна наклонной плоскости) определяет, какое усилие необходимо для подъема груза. Чем круче пандус, тем больше усилий требуется. Это означает, что если мы поднимем наши 100 фунтов. груз весом 2 фута, скатывая его по 4-футовому пандусу, мы уменьшаем необходимую силу наполовину и удваиваем расстояние, на которое его необходимо переместить. Если бы мы использовали рампу высотой 8 футов (2,4 м), мы могли бы уменьшить необходимое усилие до 25 фунтов. (11,3 кг).

Шкив

(Изображение предоставлено Getty Images)

Если мы хотим поднять те же 100 фунтов. вес с помощью веревки, мы могли бы прикрепить шкив к балке над весом. Это позволило бы нам тянуть веревку вниз, а не вверх, но для этого все еще требуется 100 фунтов. силы. Однако, если бы мы использовали два шкива — один, прикрепленный к верхней балке, а другой — к грузу, — и мы должны были бы прикрепить один конец веревки к балке, пропустить ее через шкив на грузе, а затем через шкив на балке, нам нужно будет только тянуть за веревку с 50 фунтами. силы, чтобы поднять вес, хотя нам пришлось бы тянуть веревку на 4 фута, чтобы поднять вес на 2 фута. Опять же, мы променяли увеличение расстояния на уменьшение силы.

Если мы хотим использовать еще меньше силы на еще большем расстоянии, мы можем использовать блок и захват. Согласно материалам курса Университета Южной Каролины: «Блок и захват — это комбинация шкивов, которая уменьшает количество силы, необходимой для подъема чего-либо. Компромисс заключается в том, что для блока и захвата требуется более длинная веревка. перемещать что-либо на такое же расстояние».

Какими бы простыми ни были шкивы, они все еще находят применение в самых передовых новых машинах. Например, Hangprinter, 3D-принтер , который может создавать объекты размером с мебель, использует систему проводов и управляемых компьютером шкивов, прикрепленных к стенам, полу и потолку.

Винт

«Винт представляет собой длинную наклонную плоскость, обернутую вокруг вала, поэтому к его механическим преимуществам можно подходить так же, как и к наклону», согласно Университета штата Джорджия . Во многих устройствах используются винты для приложения усилия, которое намного больше, чем усилие, используемое для поворота винта. К таким устройствам относятся слесарные тиски и зажимные гайки на автомобильных колесах. Они получают механическое преимущество не только от самого винта, но и, во многих случаях, от рычага длинной ручки, используемой для поворота винта.

Клин

Согласно Горно-технологического института Нью-Мексико (открывается в новой вкладке), «Клинья представляют собой движущиеся наклонные плоскости, которые перемещаются под нагрузкой для подъема или в нагрузку для разделения или разделения». Более длинный и тонкий клин дает больше механических преимуществ, чем более короткий и широкий клин, но клин делает еще кое-что: основная функция клина заключается в изменении направления входной силы. Например, если мы хотим расколоть бревно, мы можем с большой силой вбить клин вниз в конец бревна, используя кувалду, и клин перенаправит эту силу наружу, в результате чего древесина расколется. Другим примером является дверной упор, где сила, используемая для толкания его под край двери, передается вниз, что приводит к силе трения, которая препятствует скольжению по полу.

Дополнительные ресурсы

Джон Х. Линхард, почетный профессор машиностроения и истории Университета Хьюстона, «еще один взгляд на изобретение колеса (откроется в новой вкладке)». Загляните в Центр науки и промышленности в Колумбусе, штат Огайо, где есть интерактивное объяснение (откроется в новой вкладке) простых механизмов. HyperPhysics — веб-сайт, созданный Университетом штата Джорджия, — также содержит иллюстрированные объяснения шести простых механизмов.

Библиография

Университет штата Иллинойс, «Информация о ресурсах для обучения простым машинам (открывается в новой вкладке)», январь 2022 г. 

Правительство штата Виктория, «Простые машины (открывается в новой вкладке)», март 2019 г. 

Канада Музей науки и технологий, «Образовательные программы: простые машины (открывается в новой вкладке)», январь 2022 г. 

Йи Чжан и др., «Введение в механизмы (открывается в новой вкладке)», Университет Карнеги-Меллона, январь 2022 г.

Джим Лукас — автор статей для Live Science. Он охватывает физику, астрономию и инженерное дело. Джим окончил Университет штата Миссури, где получил степень бакалавра наук в области физики, а также астрономию и техническое письмо.