简单机械

[拼音]：jiandan jixie

[外文]：simple machine

人类在劳动实践中创造了生产工具，最早发明的一些简单工具后来演变成为简单机械，它包括劈、斜面、螺旋、杠杆和滑轮等。在中国战国时期的著作《墨经》中和古希腊阿基米德的著作中都有关于简单机械及其力学原理的论述。

机械利益

起初人们应用简单机械主要是为了获得机械利益，即用小的力来获得大的力，或称为增力。如称施于机械上的驱动力为输入力，从机械所获得的有用力为输出力，则机械利益定义为输出力与输入力的比值。除了能改变力的大小外，有时为了改变作用力的方向或作用点的位置而应用简单机械。此外，有时为了增大位移而应用简单机械。例如，仪表的指针、镊子等，在这种情况下，输入力大于输出力。

简单机械工作时处于静止或低速运动状态，分析其工作原理时，可以应用力和力矩的平衡条件求得输入力和输出力之间的关系式，此关系式中包含有简单机械的几何参数，例如劈的楔角、斜面的倾角、螺旋的螺纹导角、杠杆支点到力的作用点的距离和滑轮的半径等。如根据这种关系式来改变简单机械的几何参数，可以使小的（或大的）输入力与大的（或小的）输出力相平衡。

机械功原理

当简单机械工作时，可将它的运动分为平动和转动，对这两种不同形式的运动可用不同的方法来计算力所做的功；平动时用力的大小与力的作用点沿力作用线的方向所移动的距离的乘积来计算；转动时用力矩的大小与绕力矩转轴所转动的转角的乘积计算。在一般情形下，输入力做的功为正值，称为输入功；输出力做的功为负值，称为输出功。如不考虑摩擦所消耗的功（例如杠杆和滑轮等），当简单机械处于平衡状态时，输入功与输出功的代数和为零，或输入功与输出功的大小相等，这称为机械功原理。这说明简单机械虽可省力但不能省功。输入力小，但其作用点移动距离大;输出力大，但其作用点移动距离小。所谓力学的“黄金律”：“得之于力者，失之于速度。”早在16世纪当伽利略研究斜面上重物平衡问题时已经发现，这就是从实践中总结出来的机械功原理。

研究斜面和螺旋等简单机械时，应考虑摩擦力（见摩擦）所消耗的功。这时机械功原理表示为：输入功、输出功和摩擦力所消耗的功的代数和为零。输出功的值小于输入功的值。输出功与输入功的比值称为机械效率。有摩擦时，机械效率总小于1。

简单机械的应用

简单机械虽然十分古老，但它在现代各种机械和仪器中仍然被广泛采用。在许多机器中都可以找到不同形式的简单机械或由简单机械演变而来的各种机械。典型实例之一如材料强度试验机中的螺旋加载装置、楔形夹持器具、杠杆与滑轮组成的记录装置等。金属切削机床中的操纵手把多由杠杆演变而来，夹具多由劈与斜面演变而来，丝杠则是螺旋的直接应用。在物料运输和提升的装置和设备中，斜面和螺旋的应用更为普遍。这些实例说明：简单机械是现代机械的基础之一。

参考书目

A History of Mechanics