MÁY ĐƠN GIẢN: LỊCH SỬ, ĐẶC ĐIỂM, LOẠI, VÍ DỤ - CÔNG NGHỆ - 2026

Các máy móc đơn giản là các thiết bị cơ khí làm thay đổi độ lớn hoặc chỉ đạo của một lực lượng. Nhìn chung, chúng có thể được định nghĩa là bộ máy thô sơ nhất sử dụng lợi thế cơ học, còn được gọi là đòn bẩy, để tăng lực.

Trong suốt lịch sử, con người đã phát triển nhiều thiết bị khác nhau để tạo điều kiện thuận lợi cho công việc. Quan trọng nhất được biết đến là sáu loại máy đơn giản: đòn bẩy, bánh xe và trục, ròng rọc, mặt phẳng nghiêng, nêm và trục vít.

Nguồn: John Mills

Khi bạn nghe từ máy, bạn nghĩ ngay đến một cái gì đó giống như máy xúc hoặc động cơ hơi nước. Tuy nhiên, trong khoa học, máy móc là bất cứ thứ gì tạo ra một lực lớn hơn.

Một chiếc máy có thể tăng lượng lực được tạo ra, với chi phí giảm theo tỷ lệ quãng đường mà tải truyền đi. Cơ lợi được gọi là quan hệ giữa lực sinh ra và lực tác dụng.

Một máy đơn giản sử dụng một lực tác dụng duy nhất chống lại một lực tải duy nhất. Bỏ qua tổn thất ma sát, công do tải trọng thực hiện bằng công do lực tác dụng thực hiện.

Khối nguyên tố

Máy móc đơn giản có ở khắp mọi nơi, được sử dụng hàng ngày để thực hiện các công việc đơn giản. Chúng cũng đã được sử dụng từ những ngày đầu tiên của sự tồn tại của con người.

Máy đơn giản có thể được coi là khối cơ bản mà tất cả các máy phức tạp hơn được cấu thành, được gọi là máy phức hợp.

Trong cơ chế của một chiếc xe đạp, ví dụ, ròng rọc, đòn bẩy và bánh xe được sử dụng. Ưu điểm cơ học của máy phức hợp không gì khác hơn là kết quả của những ưu điểm cơ học của các máy đơn giản tạo ra nó.

Tuy nhiên, mặc dù chúng vẫn tiếp tục được coi là rất quan trọng trong cơ học và khoa học ứng dụng, cơ học hiện đại đã vượt qua tầm nhìn của máy móc đơn giản như những khối cơ bản mà tất cả máy móc đều cấu tạo nên.

Lịch sử

Ý tưởng ban đầu

Vào khoảng thế kỷ thứ 3 trước Công nguyên. C. khởi nguồn ý tưởng về một chiếc máy đơn giản, với nhà triết học người Hy Lạp Archimedes, người đã nghiên cứu ra những chiếc máy đơn giản sau: đòn bẩy, ròng rọc và trục vít.

Ông đã khám phá ra trong đòn bẩy nguyên lý của lợi thế cơ học. Nhận xét nổi tiếng của ông về đòn bẩy: "Hãy cho tôi một chỗ để dựa và tôi sẽ di chuyển Trái đất" thể hiện sự hiểu biết của ông rằng không có giới hạn về lượng lực tăng có thể đạt được khi sử dụng lợi thế cơ học.

Các nhà triết học Hy Lạp sau này đã xác định năm máy móc đơn giản cổ điển và có thể tính toán lợi thế cơ học mà chúng có.

Ví dụ, trong tác phẩm Cơ học của mình, Heron of Alexandria (10-75 SCN) liệt kê năm thiết bị có thể thiết lập tải trọng chuyển động: ròng rọc, bánh xe và trục, đòn bẩy, vít và nêm, nêu chi tiết việc sản xuất và sử dụng chúng.

Tuy nhiên, kiến ​​thức của người Hy Lạp chỉ giới hạn trong phạm vi tĩnh của các máy móc đơn giản (cân bằng lực), không bao gồm động lực học, khái niệm về công việc hay sự đánh đổi giữa lực và khoảng cách.

Thời kỳ phục hưng

Động lực học của các lực cơ học, được gọi là những cỗ máy đơn giản, bắt đầu được nghiên cứu trong thời kỳ Phục hưng, từ góc độ một tải trọng có thể nâng được bao xa, bên cạnh lực có thể tác dụng, điều này cuối cùng dẫn đến khái niệm mới công việc cơ khí.

Ưu điểm cơ học của mặt phẳng nghiêng được kỹ sư người Flemish Simon Stevin suy ra vào năm 1586. Nó được đưa vào cùng với các máy đơn giản khác.

Vào năm 1600, nhà khoa học người Ý Galileo Galilei đã xây dựng hoàn chỉnh lý thuyết động lực học của những cỗ máy đơn giản, trong tác phẩm Le Meccaniche của mình, nơi ông đã tiết lộ sự tương đồng về toán học cơ bản là bộ khuếch đại lực của những cỗ máy này. Ông là người đầu tiên giải thích rằng máy móc đơn giản không tạo ra năng lượng, chúng chỉ biến đổi nó.

Leonardo da Vinci đã khám phá ra các quy luật cổ điển của ma sát trượt trong máy móc, nhưng chúng không được công bố hoặc ghi lại trong tài liệu sơ bộ của ông. Năm 1699 Guillaume Amontons khám phá lại các quy tắc này và vào năm 1785, chúng được phát triển bởi Charles-Augustin de Coulomb.

nét đặc trưng

Máy móc đơn giản là thiết bị không có hoặc có rất ít bộ phận chuyển động, giúp công việc dễ dàng hơn. Chức năng chính của một máy đơn giản là khuếch đại lực hoặc điều chỉnh chuyển động.

Chuyển động và lực

Chuyển động và lực trong một cỗ máy đơn giản là không thể tách rời. Chúng luôn luôn trong mối quan hệ nghịch đảo.

Lực tạo ra bởi một đòn bẩy lớn hơn lực tác dụng vào nó, nhưng chuyển động tạo ra nhỏ hơn chuyển động tác dụng. Có nghĩa là, sức mạnh được tăng lên đi kèm với sự mất đi trong chuyển động.

Việc làm

Trong cơ học, công là một cái gì đó mà các lực thực hiện khi chúng chuyển động theo hướng mà chúng đang tác động. Có nghĩa là, khi một lực tác dụng để di chuyển một quãng đường, thì công được tạo ra. Điều này được biểu thị bằng toán học như sau: Công = Lực × Khoảng cách.

Ví dụ, để nâng một vật, phải thực hiện công việc vượt quá lực của trọng lực và do đó có thể chuyển vật đó lên trên.

Để nâng một vật nặng gấp đôi thì phải tốn gấp đôi công để nâng nó trong cùng một quãng đường. Cũng sẽ mất gấp đôi công để nâng cùng một vật đi xa gấp đôi.

Khái niệm công việc này là cơ bản để xác định cơ năng trong các máy đơn giản về lực và chuyển động, nêu bật tính không tách rời của lực và chuyển động.

Lợi thế cơ khí

Nó là mối quan hệ giữa lực thực hiện công việc so với lực tác dụng. Do đó, nó là hiệu quả khuếch đại lực của một máy đơn giản.

Ưu điểm cơ học của các máy đơn giản có nghĩa là có thể sử dụng ít lực hơn để di chuyển một vật, nhưng phải di chuyển một khoảng cách xa hơn.

Nhiều khi một nhiệm vụ được cảm thấy khó khăn vì nó đòi hỏi rất nhiều lực. Sử dụng sự cân bằng giữa khoảng cách và lực lượng có thể giúp hoàn thành nhiệm vụ dễ dàng hơn nhiều.

Một ví dụ là đẩy một vật nặng xuống một đoạn đường dốc. Đẩy vật xuống dốc dễ hơn nâng lên đúng độ cao, nhưng phải mang một quãng đường xa hơn.

Máy móc đơn giản để làm gì?

Máy đơn giản giúp công việc dễ dàng hơn bằng cách thực hiện một hoặc nhiều chức năng sau:

- Truyền một lực từ nơi này sang nơi khác.

- Thay đổi hướng của một lực.

- Tăng độ lớn của một lực.

- Tăng khoảng cách của một lực.

Mặc dù các máy đơn giản có nhiều dạng khác nhau, nhưng chúng có sáu loại cơ bản:

- Nêm: thiết bị để tách các thứ.

- Bánh xe và trục xe: dùng để giảm ma sát và làm bộ nhân lực.

- Cần gạt: di chuyển xung quanh một điểm tựa để tăng hoặc giảm lợi cơ.

- Mặt phẳng nghiêng: nâng vật khi leo dốc.

- Vít: một thiết bị có thể nâng hoặc giữ các vật dụng lại với nhau.

- Ròng rọc: làm thay đổi hướng của một lực.

Tăng lực tác dụng

Máy móc đơn giản giúp con người tăng lực tác dụng lên một vật thể. Chúng cung cấp một lợi thế cơ học để giúp di chuyển các vật thể.

Như công thức làm việc đã chỉ ra, lợi ích chính của máy móc đơn giản là cho phép thực hiện cùng một lượng công việc bằng cách tác dụng một lượng lực nhỏ hơn trên một khoảng cách lớn hơn.

Ví dụ, bạn muốn nâng một vật nặng 10 kg cách mặt đất 2 mét. Người ta có thể tác dụng lực 10 kg lên vật theo phương hướng lên trong khoảng cách 2m, như vậy sẽ thực hiện được công 20 Newton.

Nếu dùng đòn bẩy 3m, đặt vật ở một đầu và đặt điểm tựa 10 cm dưới thanh cách vật 1m, thì để nâng vật lên ta phải đẩy đầu kia xuống bằng một lực chỉ 5 kilôgam.

Tuy nhiên, phần cuối của đòn bẩy sẽ phải được đẩy xuống 4 mét để nâng vật chỉ lên 2 mét.

Có một sự đánh đổi. Việc hạ cần xuống sẽ tăng gấp đôi khoảng cách trước đó, nhưng giảm một nửa lực cần thiết, thực hiện cùng một lượng công việc.

Các loại

Đòn bẩy

Nó là một loại thanh cứng có điểm tựa cố định làm điểm tựa. Nó bao gồm tải trọng, là vật được di chuyển hoặc nâng lên, điểm tựa, là trục quay và nỗ lực, là lực cần thiết để di chuyển hoặc nâng tải.

Tác dụng một lực vào một đầu của đòn bẩy sẽ tạo ra một lực lớn hơn ở đầu kia. Lực tác dụng sẽ tăng giảm tùy theo khoảng cách từ điểm tựa đến tải trọng và ứng suất.

Bánh xe và trục

Nó bao gồm một bánh xe được gắn với một trục nhỏ hơn để hai bộ phận này quay cùng nhau, tại đây một lực được truyền từ bên này sang bên kia. Một bản lề hỗ trợ trục, cho phép quay.

Nó tạo điều kiện thuận lợi cho công việc di chuyển các đối tượng trên khoảng cách xa. Bánh xe, là đầu tròn, quay theo trục hình trụ, gây ra chuyển động.

Nó cũng có thể khuếch đại lực. Một lực nhỏ tác dụng lên chu vi của một bánh xe lớn có thể di chuyển một tải trọng lớn hơn gắn vào một trục.

Ròng rọc

Nó được thiết kế để hỗ trợ chuyển động và thay đổi hướng của một sợi dây căng. Sợi dây quấn quanh một bánh xe. Khi bánh xe quay, sợi dây chuyển động theo hướng bất kỳ.

Nếu một móc được kết nối với dây, chuyển động quay của bánh xe có thể được sử dụng để nâng và hạ vật, tạo điều kiện thuận lợi cho công việc.

Mặt phẳng nghiêng

Nó là một bề mặt phẳng, với một đầu cao hơn đầu kia, được sử dụng như một giá đỡ để nâng hoặc hạ tải trọng. Chúng được sử dụng rộng rãi để di chuyển tải nặng qua chướng ngại vật thẳng đứng.

Di chuyển một vật lên một mặt phẳng nghiêng cần ít lực hơn so với nâng trực tiếp vật đó, với chi phí là tăng quãng đường đi được.

Lợi thế cơ học của mặt phẳng nghiêng bằng tỷ số giữa chiều dài của mặt nghiêng với chiều cao mà nó bao phủ.

Giá đỡ

Nó là một công cụ hình tam giác. Nó có thể được sử dụng để tách hai đối tượng, loại bỏ các mảnh của một đối tượng, nâng nó lên hoặc giữ một đối tượng tại chỗ.

Nó hoạt động bằng cách chuyển đổi một lực tác dụng lên đầu cùn của nó thành các lực vuông góc với bề mặt nghiêng của nó.

Lợi thế cơ học được đưa ra bởi mối quan hệ giữa chiều dài của dốc và chiều rộng.

Đinh ốc

Nó là một cơ chế chuyển đổi chuyển động quay thành chuyển động thẳng và lực quay (mômen quay) thành một lực tuyến tính. Một trục vít thực sự là một dạng khác của mặt phẳng nghiêng.

Hình dạng phổ biến nhất của nó bao gồm một trục hình trụ với các rãnh xoắn gọi là ren dọc bên ngoài.

Vít đi qua một lỗ trên một vật hoặc phương tiện khác có ren bên trong nối với ren vít.

Ví dụ

Cho thuê

Một số ví dụ về đòn bẩy là tay nắm cửa, móng vuốt trên búa gỡ đinh, đòn bẩy sắt, công tắc đèn, dụng cụ mở chai và bản lề.

Nguồn: pixabay.com

Bánh xe và trục xe

Chúng được tìm thấy ở nơi mọi thứ quay xung quanh theo hình tròn, chẳng hạn như quạt điện, động cơ, cửa quay, băng chuyền và bất kỳ bánh xe nào, cho dù đó là trên ô tô, trên ván trượt hay trên xe đạp.

Nguồn: pixabay.com

Ròng rọc

Chúng được sử dụng trong rèm và rèm để di chuyển chúng lên xuống, hoặc qua lại.

Họ có thể mang một thứ gì đó lên khỏi mặt đất, như một lá cờ trên cột. Sợi dây được kéo xuống, nhưng lá cờ vẫn lên.

Chúng cũng được sử dụng trong công nghiệp để nâng và hạ tải trọng nặng, trên tàu để nâng và hạ buồm, hoặc trong các cần trục được sử dụng trên các thiết bị xây dựng di chuyển.

Thang máy cũng sử dụng ròng rọc để di chuyển xe lên xuống từ tầng này sang tầng khác.

Nguồn: pixabay.com

Mặt phẳng nghiêng

Chúng được sử dụng trong các công viên xe tay ga, đường dốc dành cho xe lăn, và để di chuyển thiết bị nặng vào và ra sau xe tải.

Các phiên bản sửa đổi của đoạn đường nối được tìm thấy trên cầu thang, thang cuốn, đường đi bộ và thậm chí trên các trang trình bày được sử dụng để thả thư vào hộp thư, ngay đến xe lửa đang lên dốc.

Nguồn: pexels.com

Giá đỡ

Một số ví dụ về nêm được sử dụng để tách có thể là một cái xẻng, một con dao, một cái rìu, một cái cuốc, một cái cưa, một cái kéo hoặc một cái gắp đá.

Nêm cũng có thể giữ mọi thứ lại với nhau, như trong trường hợp ghim, ghim, đinh ghim, đinh hoặc mặt cửa.

Nguồn: pixabay.com

Đinh ốc

Một số ví dụ về máy khoan, nắp lọ, bóng đèn, chốt, nắp chai, vòi nước và bút.

Một công dụng khác của trục vít là trong một thiết bị được gọi là máy bơm trục vít. Nó là một máy thủy lực hình trục vít rất lớn đi xuống nước. Khi quay, nhờ có dạng trục vít, nước đi lên trục xoắn, dâng đến nơi cần thiết. Máy bơm trục vít thường được sử dụng để tưới tiêu và trong các cơ sở nông nghiệp như trang trại.

Nguồn: pixabay.com

Người giới thiệu

1. Wikipedia, bách khoa toàn thư miễn phí (2019). Máy móc đơn giản. Lấy từ: en.wikipedia.org.
2. Idaho Public Television (2019). Máy đơn giản: Sự thật. Lấy từ: idahoptv.org.
3. Jim Lucas (2018). 6 Máy Đơn Giản: Giúp Công Việc Dễ Dàng Hơn. Khoa học trực tiếp. Lấy từ: livescience.com.
4. Dạy Kỹ thuật (2019). Kỹ thuật: Máy đơn giản. Lấy từ: teahengineering.org.
5. Dành cho giáo viên cho sinh viên (2019). Máy đơn giản là gì? Lấy từ: forteachersforstudents.com.au.
6. Chính quyền Bang Victoria (2019). Nhưng cô may đơn giản. Lấy từ: education.vic.gov.au.
7. Vex IQ (2019). Sáu loại máy đơn giản. Lấy từ: vexrobotics.com.