Les màquines simples són aquelles que estan formades bàsicament per un sol element i en les quals fonamentalment s’aplica el treball útil per ampliar alguna força. Per tant, la seva funció bàsica és la de multiplicar la força humana. Els filòsofs de l'antiguitat consideraven que les màquines simples eren cinc: la palanca, la roda, el pla inclinat, la rosca i el tascó, encara que aquestes dues ultimes són una aplicació de la tercera.
L'avantatge mecànic
En qualsevol màquina simple s'anomena avantatge mecànic (i) a la relació que existeix entre la força que podrem contrarestar o equilibrar amb la màquina, i que anomenarem resistència (R), i la força que aplicarem (F). L'avantatge mecànic ens indica el poder multiplicador de la força d'una màquina, i ve donat per l'expressió:
Com que es tracta d'una relació, no té unitats. Així un avantatge mecànic i = 10 indica que per cada unitat de força aplicada a la màquina, se'n poden contrarestar o equilibrar 10 unitats de resistència. Al mateix temps, quan la força que apliquem és una mica superior a la necessària per equilibrar la resistència, es comencen a produir desplaçaments i, com a conseqüència, treballs.
Les màquines simples també compleixen el principi de conservació de l’energia i, per tant, l’energia obtinguda és igual a l’energia aplicada (suposant un rendiment del 100 %, és clar); el treball útil obtingut és, per tant, igual al treball aplicat ja que, com saps, el treball és la conseqüència de l'aplicació de l’energia.
Segurament et deus estar preguntant quina és la utilitat pràctica de les màquines simples. Doncs bé, precisament l'avantatge mecànic dona la possibilitat de realitzar un treball amb una força menor de la que seria necessària si no tinguéssim la màquina. Però tot té un preu, i en el nostre cas el "preu" que hem de pagar per multiplicar la força aplicada és el d'augmentar l'espai recorregut per aquesta força. Si tinguéssim una màquina amb un avantatge mecànic inferior a la unitat, no multiplicaríem la força aplicada però sí que multiplicaríem el desplaçament realitzat.
Matemàticament, i considerant un rendiment del 100 %, tot el que acabem d'explicar-te s'expressa de la manera següent:
F= força aplicada a la màquina
e1= espai recorregut per la força aplicada
R = força obtinguda de la màquina (resistència)
e2 = espai recorregut per la resistència.
Una màquina simple té un avantatge mecànic ( i ) = 5. Quina força haurem d'aplicar per vèncer una resistència de 30 N? Quin desplaçament haurem de fer amb la força aplicada perquè la resistència es desplaci 2 m?
- Dades:
i =
R=
e2=
- Desenvolupament:
- Haurem d’aplicar una força de F= 6 N
- Haurem de fer un desplaçament de e1= 10 m
