ماشین پیچیده: ماشینی که از ترکیب چند ماشین ساده ساخته شده است.

ماشین‌های پیچیده: دنیای شگفت‌انگیز اختراعات ترکیبی

ماشین ساده چیست؟ (سنگ‌بناهای اصلی)

قبل از پرداختن به ماشین‌های پیچیده، باید با اجزای سازندهٔ آن‌ها آشنا شویم. ماشین‌های ساده ابزارهایی هستند که نیرو⁷ یا جهت آن را تغییر می‌دهند تا انجام یک کار را برای ما ساده‌تر کنند. آن‌ها معمولاً قطعات متحرک کمی دارند یا اصلاً قطعهٔ متحرک ندارند. شش نوع ماشین سادهٔ اصلی وجود دارد که در جدول زیر آن‌ها را معرفی کرده‌ایم:

این ماشین‌های ساده اغلب به تنهایی هم کار می‌کنند. مثلاً با یک دیلم (که یک اهرم است) می‌توان یک سنگ سنگین را جابه‌جا کرد. اما قدرت واقعی وقتی آشکار می‌شود که این ماشین‌های ساده مانند آجرهای لگو، در کنار هم قرار گیرند.

از ساده تا پیچیده: تولد یک ماشین ترکیبی

یک ماشین پیچیده دقیقاً از ترکیب دو یا چند ماشین ساده به وجود می‌آید. نکتهٔ جالب این است که وقتی آن‌ها ترکیب می‌شوند، ممکن است شکل ظاهری جدیدی پیدا کنند و تشخیص ماشین‌های سازندهٔ اولیه در نگاه اول سخت باشد. اما اگر با دقت نگاه کنیم، می‌توانیم اجزای سادهٔ تشکیل‌دهندهٔ آن را پیدا کنیم.

برای درک بهتر، به این مثال فکر کنید: یک قیچی کاغذ. قیچی یک ماشین پیچیده است. وقتی آن را باز می‌کنید و از پهلو نگاه می‌کنید، دو تیغه می‌بینید. هر تیغه، یک گوه است (برای بریدن). دسته‌های قیچی، در واقع دو اهرم از نوع اول هستند که در یک نقطه (پیچ وسط قیچی) به هم وصل شده‌اند. نیروی دست شما به دسته‌ها (اهرم) وارد می‌شود و تیغه‌ها (گوه) آن نیرو را متمرکز کرده و کاغذ را می‌برند. پس قیچی = اهرم + گوه.

کاوشی در خانه و خیابان: ماشین‌های پیچیده در اطراف ما

بیایید با نگاهی جدید به وسایل اطرافمان، ماشین‌های پیچیده را شناسایی کنیم. هدف این بخش درک عملی موضوع است.

مثال ۱: دوچرخه
دوچرخه یک مجموعهٔ کامل از ماشین‌های پیچیده است! پدال‌ها و بازوهای متصل به پدال یک چرخ و محور درست می‌کنند. زنجیر و دنده‌های عقب، یک سیستم قرقره (چرخ‌دنده) هستند که نیرو را منتقل می‌کنند. ترمزهای دوچرخه: دستهٔ ترمز یک اهرم است که نیرو را از طریق کابل (که خودش شبیه یک قرقره تغییر جهت‌دهنده است) به لنت‌های ترمز می‌رساند. حتی آچار سیمان‌گیری دوچرخه هم یک ماشین پیچیده (ترکیب اهرم و گوه) است!

مثال ۲: چرخ دستی باغبانی
یک چرخ دستی ساده را در نظر بگیرید. دسته‌های آن یک اهرم بلند هستند که به شما کمک می‌کنند بار را با نیروی کمتری بلند کنید. چرخ آن یک چرخ و محور است که اصطکاک را کاهش داده و حمل بار را آسان‌تر می‌کند. خود بدنهٔ آن که بار را نگه می‌دارد، از نظر ساختاری ممکن است از پیچ‌ها و اتصالات دیگر استفاده کرده باشد.

مثال ۳: درب اتوماتیک پارکینگ
این درب معمولاً توسط یک موتور الکتریکی کار می‌کند. موتور نیروی چرخشی تولید می‌کند. این نیرو از طریق یک سیستم چرخ‌دنده (که نوعی چرخ و محور و قرقره پیشرفته است) منتقل می‌شود تا نیرو افزایش یابد و جهت آن تغییر کند. سپس این نیرو به یک میله (بازو) منتقل می‌شود که مانند یک اهرم عمل کرده و درب سنگین را به آرامی بالا می‌برد یا پایین می‌آورد.

پرسش‌های رایج و باورهای نادرست

پاورقی

¹ ماشین پیچیده (Complex Machine): ماشینی که از ترکیب دو یا چند ماشین ساده تشکیل شده است.
² ماشین ساده (Simple Machine): ابزارهای پایه‌ای که با تغییر اندازه یا جهت نیرو، کار را آسان‌تر می‌کنند. شش نوع اصلی دارند.
³ اهرم (Lever): میله‌ای صلب که حول یک نقطهٔ ثابت به نام تکیه‌گاه می‌چرخد.
⁴ قرقره (Pulley): چرخی شیاردار که طناب یا کابل دور آن می‌گردد.
⁵ پیچ (Screw): یک سطح شیب‌دار که دور یک میله پیچیده شده است.
⁶ مزیت مکانیکی (Mechanical Advantage - MA): عددی که نشان می‌دهد یک ماشین چند برابر نیروی وارد شده را افزایش می‌دهد.
⁷ نیرو (Force): هرگونه کشش یا رانشی که باعث تغییر حرکت یا شکل یک جسم می‌شود. واحد آن نیوتن (N) است.