5. Työtä helpottavia koneita

2017-05-11T17:42:05+03:00

Viime kappaleessa totesimme, että moni työ on raskasta ilman koneellista apua. Tästä syystä ihmiskunta on kautta aikojen pyrkinyt helpottamaan työntekoa erilaisten koneiden avulla. Esimerkiksi kappaleiden kuljetuksessa pyörä on yksi ihmiskunnan suurimmista keksinnöistä. Tässä kappaleessa käydään läpi muutamia tärkeitä koneita, jotka helpottavat työntekoa.
Pyörä on helpottanut raskaan tavaran kuljetusta ammoisista ajoista lähtien.

Väkipyörä ja talja

Väkipyörällä tarkoitetaan pyörää, jonka ympärillä pyörii naru tai köysi. Väkipyörällä voidaan vaikuttaa nostettavan kuorman nostosuuntaan tai nostoon tarvittavaan voimaan, tai molempiin.

Kiinteässä väkipyörässä väkipyörä on kiinnitetty esimerkiksi kattoon, jolloin kuormaa voidaan nostaa vetämällä köydestä alaspäin. Nostamiseen tarvittava voima ei muutu, mutta voiman suunta muuttuu helpommin käsiteltäväksi.
Kiinteällä väkipyörällä voidaan nostaa esimerkiksi vettä kaivosta. Köyttä on helpompi vetää vinosti alaspäin, kuin kiskoa köyttä suoraan kaivosta käsin ylös.

Liikkuva väkipyörä nimensä mukaisesti liikkuu kuorman mukana. Tällöin kuorman aiheuttama paino jakaantuu köyden molemmille puoliskoille ja nostamiseen tarvittava voima puolittuu. Toisaalta köyttä pitää vetää kaksi kertaa niin pitkä matka kuin mitä kuorma nousee, joten työn määrä säilyy samana!
Liikkuvalla väkipyörällä kuormaa nostaessa nostamiseen tarvittava voima puoliintuu, mutta köyttä pitää vetää kaksi kertaa niin pitkä matka kiinteään väkipyörään verrattuna.

Talja tarkoittaa kiinteän ja liikkuvan väkipyörän yhdistelmää, jolloin nostamiseen tarvittava voima sekä muuttaa suuntaa että pienenee. Taljoja käytetään nostureissa, jotka joutuvat nostamaan suuria kuormia. Talja voi koostua useammasta kiinteästä ja liikkuvasta väkipyörästä, jolloin nostamiseen tarvittava voima pienenee entisestään, mutta köyttä pitää vetää pidempi matka.
Raskaita kuormia nostavassa nosturissa on taljasysteemi, joka koostuu useasta kiinteästä ja liikkuvasta väkipyörästä.

Vipu

Jos olet joskus vaihtanut autonrenkaita, niin olet tarvinnut pulttien avaamiseen rengasavainta, jossa on pitkä varsi. Mitä pidempi varsi on, niin sitä helpommin pultit avautuvat. Monet työkalut ovat vipuja, joiden varren pituus pienentää työnteossa tarvittavaa voimaa.
Monissa työkaluissa on pitkä varsi, jonka avulla pultit ja mutterit voidaan kiristää tiukalle pienelläkin voimalla.

Mitä pidempi työkalun varsi on, niin sitä pienempi voima riittää työn tekemiseen. Vipuja voidaan käyttää myös asioiden siirtämiseen ja nostamiseen.

Kaksivartisessa vivussa nostettava kuorma ja vääntävä voima ovat vivun tukipisteen eri puolilla.
Kaksivartisessa vivussa vääntävä voima ja nostettava kuorma ovat tukipisteen eri puolilla. Vääntävän puolen varren ollessa pitkä ja kuorman puoleisen varren ollessa lyhyt voidaan pienelläkin voimalla nostaa raskaita kappaleita.

Yksivartisessa vivussa vääntävä voima ja kuorma ovat vivun tukipisteen samalla puolella. Kun vääntävä voima on kauempana tukipisteestä kuin kuorma, niin kuormaan voidaan kohdistaa suuri voima.
Pähkinänsärkijä on yksivartinen vipu. Särjettävä pähkinä on lähellä tukipistettä, jolloin siihen kohdistuu suuri voima pienelläkin vääntävällä voimalla.

Kalteva taso

Jos tehtävänäsi on nostaa painava tynnyri 1,5 metriä korkean lastauslavan päälle, niin ilman apuvälineitä omat voimat joutuvat kovalle koetukselle. Nokkelana nuorena keksit asettaa pari laudanpätkää vinosti lastauslaituria vasten, jolloin voit nostamisen sijaan vierittää tynnyrin lastauslavalle. Käytit apunasi kaltevaa tasoa.

Kun kappaleiden nostoon käytetään kaltevaa tasoa, niin tarvittava voima pienenee, mutta siirrettävä matka kasvaa. Edelleen tehdyn työn määrä säilyy samana, sillä työhön vaikuttaa ainoastaan nostokorkeus.
Esimerkiksi tynnyri on helpompi vierittää pitkin kaltevaa tasoa kuin nostaa suoraan ylöspäin. Tehty työ riippuu ainoastaan kappaleen massasta ja nostokorkeudesta, joten tehdyn työn määrä on molemmissa tapauksissa yhtä suuri.