Většina přístrojů moderní doby stojí na 1 z 6 mechanismů, jež vychází z úplných začátků pokroku. Které to jsou?

„Zopakujeme si nakloněnou rovinu, k tabuli půjde Novák.“ Tato věta pronesená na úvod hodiny fyziky mohla být pro dotyčného šancí se předvést, nebo naopak předzvěstí pohromy. Jednoduché stroje jsou definovány jako zařízení bez pohyblivých částí nebo s velmi malým počtem pohyblivých částí, která usnadňují práci. A mnohé dnešní komplikované stroje jsou kombinací nebo pokročilou verzí šesti zcela jednoduchých fyzikálních principů.

Technologie klacku aneb prvopočátky

Můžeme například připevnit k hřídeli dlouhou rukojeť a vytvořit tak naviják. Případně použít kladku a s řetězovým kladkostrojem vytáhnout na rampu náklad. Ačkoli tyto mechanismy působí velmi jednoduše, jejich princip nijak nestárne. Přes existenci počítačů a digitální techniky se bez nich každodenní život neobejde. Právě ony nám totiž dovolily posunout se dál a díky jejich asistenci vytváříme ony komplexní stroje, které jsou symbolem moderní doby.

iZdroj fotografie: Depositphotos

Kolo je obecně vnímáno jako jeden z nejvýznamnějších vynálezů historie. Před jeho objevením v roce 3500 před Kristem byli lidé velmi omezeni v možnostech přepravy. Kombinace kola a kvalitních silnic dovolila dopravu nákladů se zlomkem původní námahy. Povoz usnadnil obchod i zemědělství, protože značně snižuje tření, ke kterému dochází při normálním posunu nákladu po povrchu. Zboží i jiné věci tak mohly být dopraveny téměř kamkoli.

Kolo jako možnost násobení síly

Jenže využití kola se na tomto bodě nezastavilo. Je-li kolo připevněno k nápravě a má rukojeť, lze ho použít jako páku a tento rotační moment je mnohem větší než síla působící na ráfek kola. Čím delší rukojeť, tím menší síla je potřeba. Tím pádem i slabší člověk může tento mechanismus použít například ke zvednutí objemného břemene. Tím se dostáváme k rameni páky a slavnému prohlášení řeckého filosofa a matematika Archimeda.

„Dejte mi páku a opěrný bod a já pohnu celým světem,“ prohlásil tento antický myslitel. Může to sice znít přehnaně, genialita Archimeda ovšem spočívá v uvědomění si celého principu. Vykonání stejného množství práce je totiž možné kompromisem mezi silou a vzdáleností právě skrze páku. Archimedův zákon páky pak říká: „Velikosti jsou v rovnováze ve vzdálenosti nepřímo úměrné jejich hmotnosti.“

Nakloněná rovina a princip kladky

Nakloněná rovina je zkrátka plocha pod úhlem, která tvoří rampu. Dle profesora strojního inženýrství Boba Williamse z Russ College of Engineering and Technology v Ohiu je tohle způsob, jak zvednout břemeno příliš těžké na přímé horní zvednutí. Úhel určuje sílu potřebnou k uzvednutí nákladu, tudíž čím strmější rampa, tím větší úsilí je potřeba. Ukázku takového postupu nám dostatečně ukazuje stavba egyptských pyramid.

iZdroj fotografie: Pxhere

Závaží o hmotnosti 50 kilo se dá zvednout pomocí lana kladky připevněné na trám. Stále budeme ale potřebovat 50 kilo síly. Ale co když jednu kladku připevníme k nosníku, druhou k samotnému břemenu a propojíme je lanem? V takovém případě potřebujeme ke zvednutí totožného břemene jen 25 kilogramů síly. Opět jsme vyměnili nárůst vzdálenosti za pokles síly. Složité kladkostroje dovolují vytáhnout objemná břemena i prakticky bez námahy.

Kouzlo šroubů a princip klínu

Podle definice Georgia State University je šroub v podstatě dlouhá nakloněná rovina omotaná kolem hřídele. K jeho mechanickým výhodám tak lze přistoupit stejně jako k náklonu. Mnoho přístrojů používá právě šrouby k využití mnohem větší síly, než jaká je potřeba k jejich otáčení. Příkladem budiž matice na kolech vozidel a stolní svěrák. Mechanickou výhodu čerpají nejen ze samotné vrtule, ale i pákového efektu.

Klín je posunující se nakloněná rovina, která se pohybuje pod nákladem, aby se zvedl, nebo se vpravuje do materiálu za účelem jeho rozdělení. Delší a tenčí klín poskytuje více výhod než kratší a silnější. Má ovšem ještě jednu funkci, a sice změnu směru vstupní síly. Štípeme-li například poleno, můžeme perlíkem zarazit klín do jeho konce. Klín pak sílu směruje ven, čímž dojde k rozštípnutí dřeva. Dveřní zarážky zase směrují sílu dolů, což brání sklouznutí po podlaze.

Který z těchto mechanismů pro vás byl na škole postrach?

Zdroj: TheScientist