מה הופך כלי למכונה?
כשאנחנו שומעים ״מכונה״ אנחנו חושבים על מכונת כביסה או על מכונית. אבל במדע, גם מספריים, פותחן בקבוקים ורמפה לכיסא גלגלים הם מכונות. מכונה פשוטה היא כלי שמשנה את גודל הכוח שצריך להפעיל, או את הכיוון שלו, כדי לבצע עבודה.
יש כאן עסקה חשובה: מכונה פשוטה לא נותנת משהו בחינם. כדי להשתמש בכוח קטן יותר, צריך בדרך כלל להזיז אותו לאורך מרחק גדול יותר. כשעולים ברמפה ארוכה במקום במדרגות, המאמץ בכל צעד קטן יותר — אבל הדרך ארוכה יותר.
המנוף
מנוף הוא מוט שמסתובב סביב נקודה קבועה שנקראת נקודת משען. נדנדה בגן השעשועים היא מנוף: הקרש הוא המוט, והציר שבאמצע הוא נקודת המשען. כשמבוגר וילד יושבים על נדנדה, המבוגר צריך לשבת קרוב יותר לאמצע כדי שהנדנדה תתאזן.
הסוד של המנוף הוא המרחק: ככל שלוחצים רחוק יותר מנקודת המשען, צריך פחות כוח. לכן קל יותר לפתוח פחית צבע עם מברג ארוך, ולכן ידית הדלת נמצאת בצד הרחוק מהצירים. גם מספריים, צבת, פותחן בקבוקים ומריצה הם מנופים.
הגלגלת
גלגלת היא גלגל עם חריץ שבתוכו עובר חבל. גלגלת אחת שמחוברת לתקרה לא מקטינה את הכוח, אבל משנה את הכיוון שלו: במקום להרים דלי למעלה, מושכים את החבל כלפי מטה, וזה נוח יותר כי אפשר להיעזר במשקל הגוף. כך מניפים דגל על התורן וכך העלו פעם דליים מבאר.
כשמחברים כמה גלגלות יחד, החבל עובר הלוך ושוב ביניהן, ואז אפשר להרים משא כבד בכוח קטן בהרבה — אבל צריך למשוך הרבה יותר חבל. מנופי בנייה גבוהים משתמשים במערכות גלגלות כאלה.
המישור המשופע ובני משפחתו
מישור משופע הוא פשוט משטח נטוי, כמו רמפה. קל יותר לגלגל חבית במעלה רמפה מאשר להרים אותה ישר למעלה. ככל שהרמפה ארוכה ומתונה יותר, צריך פחות כוח. כבישים בהרים מתפתלים מאותה סיבה — הם מאריכים את הדרך כדי שהעלייה תהיה מתונה.
לטריז ולבורג יש קשר למישור המשופע. טריז הוא בעצם שני מישורים משופעים צמודים, כמו להב של גרזן או סכין, והוא מבקע ומפריד דברים. בורג הוא מישור משופע שמלופף סביב מוט, ולכן בכל סיבוב הוא מתקדם מעט פנימה לתוך העץ.
גלגל וסרן הם גלגל גדול שמחובר למוט צר שמסתובב איתו. ידית של ברז, הגה ומברג עובדים כך: מסובבים את החלק הרחב בכוח קטן, והחלק הצר מסתובב בכוח גדול.
מכונות פשוטות בגוף ובהיסטוריה
גם בגוף שלנו פועלים מנופים: כשמרימים משהו ביד, עצמות האמה מסתובבות סביב המרפק כמו מוט סביב נקודת משען, והשרירים הם שמפעילים את הכוח. השיניים הקדמיות פועלות כמו טריזים שחותכים את המזון.
אנשים השתמשו במכונות פשוטות כבר בימי קדם. רמפות, מנופים וגלילים עזרו להזיז אבנים ענקיות לבניינים עתיקים, הרבה לפני שהומצאו מנועים. הרעיונות האלה כל כך מוצלחים שהם נמצאים גם בתוך המכונות המתקדמות ביותר של היום.