Enkla maskiner
Enkla maskiner är redskap som gör arbete lättare utan motor eller el, och människor har använt dem i tusentals år. Det finns sex klassiska typer: hävstång, lutande plan, block och talja, hjul och axel, kil och skruv. Hävstången, som gungbrädan och spettet, har du redan mött på en egen sida. Här är de fem andra.
Ett lutande plan är helt enkelt en sluttande yta, som en ramp i stället för en trappa. Att dra en tung låda uppför en ramp kräver mindre kraft än att lyfta den rakt upp, men du måste flytta lådan en längre sträcka längs rampen. Ju flackare rampen är, desto mindre kraft behövs, men desto längre blir också vägen du måste dra lådan.
Block och talja är hjul med ett rep runt, som används för att lyfta tunga saker. Ju fler block som arbetar tillsammans, desto mindre kraft behöver du dra med, men desto mer rep måste du dra ut för samma lyft. Hjul och axel fungerar på ett liknande sätt: ett stort hjul fäst på en smal axel gör det lättare att vrida eller flytta något tungt, som en ratt eller ett dörrhandtag.
En kil är två lutande plan som möts i en skarp spets, och den används för att pressa isär saker, som när en yxa klyver en vedkubb. En skruv är faktiskt ett lutande plan som är lindat runt en cylinder: varje varv flyttar skruven bara en liten bit framåt, men en liten vridkraft ger samtidigt en stor kraft framåt. Därför orkar du skruva in en skruv i trä för hand, men det tar många varv.
Alla sex maskiner följer samma regel, kallad mekanikens gyllene regel: det du vinner i kraft förlorar du i väg, och tvärtom. Ingen maskin gör det totala arbetet mindre, den bara fördelar om kraften och sträckan så att uppgiften känns lättare att utföra för just dig.
Det här lär du dig
- Namnge och känna igen de sex typerna av enkla maskiner
- Förklara hur ett lutande plan, en talja och en skruv gör arbete lättare
- Beskriva mekanikens gyllene regel: mindre kraft kräver längre väg
- Hitta enkla maskiner i vardagliga verktyg och redskap
Begrepp att kunna
- Enkel maskin
- Ett grundläggande redskap som gör arbete lättare genom att ändra kraft, väg eller riktning. Det finns sex klassiska typer.
- Mekanikens gyllene regel
- Principen att det du vinner i kraft förlorar du i väg, och tvärtom, så att det totala arbetet aldrig blir mindre.
- Lutande plan
- En sluttande yta, till exempel en ramp, som gör det möjligt att flytta något tungt med mindre kraft över en längre sträcka.
- Block och talja
- Ett system av hjul och rep som kan minska den kraft som behövs för att lyfta något, mot att du drar en längre bit rep.
- Kil
- Två lutande plan som möts i en skarp spets. Kilen används för att pressa isär material, till exempel när en yxa klyver ved.
- Skruv
- Ett lutande plan lindat runt en cylinder. Varje varv flyttar skruven en liten bit framåt men ger en stor kraft.
Vanliga svårigheter
Tror att en maskin kan spara arbete, inte bara kraft
Många tänker att en talja eller en ramp gör att du behöver göra mindre totalt arbete. Det stämmer inte. Maskinen minskar den kraft du behöver använda, men du måste då röra dig en längre sträcka för att utföra samma uppgift. Det totala arbetet, kraft gånger väg, förblir ungefär detsamma, bara fördelat annorlunda mellan kraft och sträcka.
Ser inte samma princip i olika redskap
En dörr, en skruv och en ramp ser helt olika ut, men flera av dem bygger på samma grundidé. En skruv är till exempel ett lutande plan som bara är lindat runt en cylinder i stället för att ligga rakt. Att se den gemensamma principen bakom olika verktyg gör det lättare att förstå varför de fungerar som de gör.
Förstår inte att en skruv egentligen är ett lutande plan
En skruv verkar helt annorlunda än en ramp, men tänker man sig den lutande ytan lindad runt en cylinder blir det samma sak. Varje varv av skruven motsvarar att flytta något en liten bit uppför en lång, smal ramp. Det är den långa, lindade vägen som gör att skruven kan ge en mycket stor kraft trots att du bara vrider den med handen.
I verkligheten
En ramp används i stället för en trappa för att rulla in tunga lådor på en kärra i en flyttbil
Rampen är ett lutande plan. Att rulla kärran med lådorna uppför rampen kräver mindre kraft än att lyfta dem rakt upp i flyttbilen, men lådorna måste då flyttas en längre sträcka längs den sluttande ytan än om de lyftes rakt upp.
En serpentinväg slingrar sig i kurvor uppför ett brant berg i stället för att gå rakt upp
Vägen är ett långt lutande plan. En bil eller cyklist behöver en mindre kraft framåt i den flacka, slingrande backen än i en brant backe rakt upp, men måste i gengäld färdas en mycket längre sträcka för att nå samma höjd.
Tips
- Leta efter enkla maskiner i ditt eget hem: ett dörrhandtag, en trappa, en korkskruv, en sax. Fråga dig vilken av de sex typerna varje redskap hör till och vad det gör lättare för dig.
- Varje gång något känns förvånansvärt lätt, fundera på vad du i stället måste röra dig längre för. Det är mekanikens gyllene regel i praktiken: mindre kraft betyder en längre sträcka att röra sig.
- Jämför att lyfta en tung ryggsäck rakt upp med att dra den uppför en ramp med samma höjd. Känn skillnaden i kraft, men lägg också märke till hur mycket längre väg du rör dig på rampen.
Testa dig själv
1. En talja med flera block gör det lättare att lyfta en tung låda, men du måste dra repet en mycket längre sträcka för samma lyft. Varför är det så?
Det är mekanikens gyllene regel: det du vinner i kraft måste du betala med väg. Fler block delar upp lasten på fler repvarv, så varje repvarv bär en mindre del av lastens tyngd och du behöver dra med mindre kraft. Men när lasten lyfts en viss höjd ska vart och ett av repvarven kortas lika mycket, och därför måste du dra ut en mycket längre bit rep.
2. Varför räknas en skruv som ett lutande plan, trots att den ser helt annorlunda ut än en ramp?
Om man tänker sig den lutande ytan hos en ramp lindad runt en cylinder i stället för att ligga rakt, får man formen av en skruv. Varje varv av skruven motsvarar att röra sig en liten bit uppför denna lindade ramp. Den långa, spiralformade vägen är det som gör att en liten vridkraft kan ge en mycket stor kraft framåt i skruven.
3. En kil, som en yxa, pressas rakt nedåt i en vedkubb. Hur kan en nedåtriktad kraft få veden att spricka isär åt sidorna?
Kilens båda sidor är lutande ytor som möts i en skarp spets. När kilen pressas rakt nedåt trycker de två lutande ytorna på veden snett utåt, åt var sitt håll. Den nedåtriktade kraften ger alltså två krafter som främst är riktade åt sidorna. Det är dessa sidokrafter som till slut spräcker veden längs dess fibrer.
Ur kursplanen
- Fysik åk 4–6 · Fysiken i naturen och samhället
Krafter och rörelser som kan observeras och mätas i vardagssituationer.
- Fysik åk 7–9 · Fysiken i naturen och samhället
Krafter, rörelser och rörelseförändringar samt hur kunskaper om detta kan användas, till exempel i frågor om trafiksäkerhet.
- Fysik nivå 1a1 · Krafter och rörelse
Vridmoment för att beskriva jämviktstillstånd.
- Fysik nivå 1b · Krafter och rörelse
Vridmoment för att beskriva jämviktstillstånd.
Källa: Skolverket, centralt innehåll.
Hänger ihop med
Bygger på
Träna vidare – gratis
Det här ämnet har inga egna träningsuppgifter än. De här närliggande ämnena har lösta exempel och uppgifter som anpassar sig efter dig: