ZŠ VNB II / 06 - Jednoduché stroje

Lekce II / 06 - Jednoduché stroje

Cíl lekce:

Žáci se seznámí s pojmem jednoduchý stroj a dozvědí se, jaké základní druhy jednoduchých strojů známe a k čemu se používají (např. jak přemístit těžký předmět s ušetřením energie). Prakticky si sestaví páku, kladku a kladkostroj.

Zeptejte se Vašich dětí:

Znáte nějaké jednoduché stroje, které nám mohou ulehčit práci?
Znáte nějaké praktické příklady využití páky?
Co je to kladka?
Co se stane, když na pevnou kladku připevníme dvě stejně těžká břemena?
Jak se nazývá stroj, který vznikne spojením pevné a volné kladky?

Jednoduché stroje

Jednoduché stroje jsou využívány k usnadnění práce. Jejich základním principem je působení menší silou po delší dráze. Nutnost delší dráhy způsobuje, že celková mechanická práce, vykonaná s pomocí jednoduchého stroje, zůstane stejná (ve skutečnosti dokonce vyšší kvůli třecím silám). Proto také nelze tvrdit, že s použitím jednoduchých strojů lze ušetřit práci. Společným rysem těchto strojů je jednoduchá konstrukce a jednoduchý princip. Části ostatních mechanických strojů se skládají z jednotlivých jednoduchých strojů. Existuje šest základních jednoduchých strojů: páka, kladka, nakloněná rovina, kolo na hřídeli, klín a šroub.

Páka

Páka je ve své podstatě tyč, která je otočná kolem osy, která je k ní kolmá. Páka se skládá ze tří základních částí: osa rotace (kolem ní se páka otáčí), rameno břemene (působí na těleso - břemeno) a rameno síly (působí na něj člověk nebo stroj). Páka se využívá nejčastěji pro zmenšení síly - čím delší rameno, tím je potřeba menší silové působení. Páky se dělí na jednozvratné a dvojzvratné podle toho, kde na páce leží obě ramena sil vzhledem ke středu otáčení.

Dvojzvratná páka

U dvojzvratné páky působí síly na obou stranách od středu otáčení. Pokud je umístěno na kratší rameno síly těleso, bude působit na páku svisle dolů tíhová síla tělesa a páka bude mít snahu otáčet se kole osy otáčení. K zabránění otáčivého účinku je nutné působit na druhé (delší) rameno silou, která bude tolikrát menší, kolikrát je toto rameno delší než druhé. Tím se páka dostane do rovnováhy. Pokud chceme těleso zvednout, je možné buď prodloužit delší rameno, nebo zvětšit působící sílu. Příklady dvojzvratné páky: kleště, nůžky, houpačka.

Dvojzvratná páka
Obrázek LeverFirstClass od Iainf [CC-BY-SA-3.0], via Wikimedia Commons

Jednozvratná páka

U jednozvratné páky působí obě síly na stejné straně páky od osy otáčení, tzn., že ramena obou sil jsou na stejné straně od osy otáčení. Pokud se působí na delším rameni páky menší silou svisle vzhůru, je nutné působit na kratším rameni větší silou svisle dolů, aby byla páka v rovnováze. Většinou se tohoto druhu páky využívá při přepravě těžkých těles nebo k deformaci. Příklady jednozvratné páky: stavební kolečko, otvírák na skleněné lahve, louskáček na ořechy, kleštičky na nehty, lis na česnek.

Jednozvratná páka
Obrázek LeverSecondClass od Iainf [CC-BY-SA-3.0], via Wikimedia Commons

Kladka

Kladka je kotouč s drážkou na obvodu, kterou prochází např. lano nebo řetěz. V technické praxi se kladky používají u nejrůznějších mechanismů, např. jeřáb, výtah, napínák drátů a lan.

Druhy kladek
Obrázek Pohyblivá a pevná kladka od VNB

Pevná kladka

Pevná kladka je druh kladky, která je upevněna na nějaké konstrukci a umožňuje volný posun lana (řetězu) a změnu jeho směru. Kladka je v rovnováze, pokud na oba konce lana působí stejné síly. Pevná kladka neušetří sílu, ale změní směr síly, kterou na těleso působíme.

Volná kladka

Volná kladka je zavěšena na laně, jehož jeden konec je upevněn a na druhý působí síla. Břemeno se zavěšuje za třmen kladky. S použitím volné kladky se ušetří asi polovina síly, protože na to, aby byla kladka v rovnováze, je potřeba působit silou o poloviční velikosti, než je tíha břemene a kladky.

Kladkostroj

Kladkostroj vzniká spojením pevné kladky a volné kladky, příp. více kladek. Kladkostroj kombinuje výhody volné kladky, kdy se ušetří polovina síly, a pevné kladky, kdy dojde ke změně směru síly. Pomocí kladkostroje lze zmenšit sílu potřebnou ke zvedání a přesouvání těžkých předmětů: zapojení 1 volné kladky = síla : 2; zapojení 2 volných kladek = síla : 4.

Kladkostroj
Obrázek Pulley 2 (PSF) od Pearson Scott Foresman [Public domain], via Wikimedia Commons

Pokud vás téma zaujalo a chcete se dozvědět více: