Jedoucí autobus
I dopravní prostředky se neustále zdokonalují. Zvyšují se nároky na pohodlí, rychlost a bezpečnost. Autobusy dopravují denně statisíce dělníků do práce. Umožňují rychlé spojení měst s venkovem. Těžko bychom si bez nich dovedli představit život moderního člověka.
Jedoucí vlak
Avšak i naše dráhy se neustále zdokonalují. Naši inženýři a dělníci konstruují rychlé lokomotivy a pohodlné, bezpečné a rychlé motorové vlaky, jako je na př. "Slovenská strela".
Dílenské stroje
Stroje usnadňují práci našim dělníkům v továrnách. Jsou konstruovány stále dokonalejší, výkonnější a bezpečnější stroje. Jejich obsluha vyžaduje, aby dělník znal principy, na nichž jsou sestrojeny.
Podíváme-li se na kterýkoliv stroj, ať sebe složitější, jako je na př. soustruh, frézka, jeřáb, lokomotiva, automobil, tank, traktor, letadlo atd., které kolem sebe vidíme v pracovní akci, které často dovedeme obsluhovat, ani si plně neuvědomujeme, na jak jednoduchých principech jsou všechny tyto složité stroje sestrojeny a jaké síly na ně působí.
Jiný obraz dílenských strojů
Jsou to denní zjevy kolem nás, jsou to pro nás prosté samozřejmosti, nad kterými si není třeba lámat hlavu. To však není správné. Nestačí se jen strojům obdivovat, je třeba je studovat a jim rozumět, neboť jen tak je můžeme plně ovládnout a využít jich ve svůj prospěch.
Jedoucí nákladní vůz
Abychom pochopili, jak je důležité porozumět zařízení strojů, které kolem sebe vidíme a s nimiž se denně setkáváme, všimněme si jedoucího nákladního auta, jež veze těžký náklad.
Označení na páce od převodovky
K řazení rychlosti slouží řadicí páka od převodovky. Na ní jsou vyznačeny číslicemi rychlosti a písmenou Z rychlost zpáteční. Označení je v kruhu: v horní části je Z, 1, 3 – příslušné rychlosti se řadí posunutím páky dopředu. V dolní části kruhu je 2, 4, což značí, že se tyto rychlosti řadí posunutím páky dozadu.
Zařazení čtvrté rychlosti
Po rovině jel vůz čtvrtou rychlostí.
Zařazení třetí rychlosti
Do kopce potřebuje větší tah. Proto při stoupání zasune řidič třetí rychlost posunutím páky dopředu.
Stoupající svah – vůz na lesní cestě
Vůz vjel na lesní cestu, kde je ještě větší stoupání. Řidič musí přecházet na druhou rychlost, aby mohl vyvinout větší sílu při stoupání.
Zařazená druhá rychlost
Řidič zařadil druhou rychlost, posunul tedy páku dozadu. Vůz nyní překonává mnohem snáze tření a váhu vozu s nákladem.
Vůz na jiné lesní cestě – obtížnější podmínky stoupání
Vůz však vjíždí na lesní cestu, kde je ještě větší stoupání a jsou ještě dále zhoršeny podmínky. Je třeba vyvinout ještě větší tažnou sílu. Řidič ví, že může zařadit ještě nižší rychlost, t. j. jedničku.
Zařazení první rychlosti
Posune páku dopředu, a tím zařadí první rychlost. Vůz pak snadno vyjede do kopce.
Nejobtížnější podmínky stoupání – nákladní vůz
Řidič je však nakonec postaven před velmi obtížný úkol: musí vyjet s vozem po svahu ve volném terénu.
Nákladní vůz stojí v terénu
To však byl už příliš veliký požadavek na náš vůz a ten se zastavil. Co teď? Řidič však zná mechanismus vozu a zná také základní principy celého zařízení, a proto ví, jak si může ještě pomoci.
Zařazení zpátečky
Vůz má ještě jednu rychlost, a to zpáteční. Při ní vyvine stroj největší tažnou sílu. Řidič proto sjede se svahu, otočí vůz proti směru jízdy a zařadí zpáteční rychlost, t. j. posune páku dopředu.
Vůz vyjíždí pozpátku
A hle, nyní to jde. Vůz vyjíždí pozpátku do svahu a hravě zdolá i tuto těžkou terénní překážku. Řidiči se podařilo překonat se svým vozem, naloženým těžkým nákladem, i velmi obtížný terén. Bylo to především proto, že dokonale znal mechanismus svého vozu, že pochopil základní principy, na nichž jsou stroje sestrojeny.
Příklady páky – lamač v lomu /jednozvratná páka/
Základem všech strojů jsou t. zv. jednoduché mechanismy nebo jednoduché stroje: páka, kladka, kolo na hřídeli, nakloněná rovina a šroub.
Velmi rozšířeným jednoduchým strojem je páka. Může to být pevná tyč, otáčivá kolem osy. Tak lamač v lomu odvaluje těžký balvan, aby si usnadnil práci, železným sochorem, jehož jeden konec se přitom opírá o pevnou zem.
Schema jednozvratné páky
Na každé páce působí aspoň dvě síly: síla P a břemeno Q. Působí-li síla a břemeno na téže straně od osy páky, je páka jednozvratná. V našem případě působí břemeno směrem dolů, síla směrem vzhůru; obě síly působí na téže straně od osy /místo, kde je páka podepřena/ a bylo zde tedy použito sochoru jako páky jednozvratné.
Použití dvojzvratné páky
Dělník však může použít sochoru také tak, že jej při odvalování balvanu podloží menším kamenem, který se tak stane osou páky. V tomto případě působí síla a břemeno na různých stranách osy. Sochoru bylo použito jako páky dvojzvratné. Dělník proto tlačí sochor směrem dolů.
Schema dvojzvratné páky
Dvojzvratnou páku si schematicky znázorňujeme úsečkou, která je opatřena osou /v podobě malého trojúhelníku/ a na jejíž koncích působí síla P a břemeno Q. Vzdálenost osy od směru síly je rameno síly p a podobně vzdálenost osy od směru břemene je rameno břemene q.
Podmínka rovnováhy vyžaduje, aby síla a břemeno byly v obráceném poměru k příslušným ramenům nebo aby moment síly Pp byl roven momentu břemene Qq /moment síly je součin síly a ramene síly a podobně i moment břemene/. Poněvadž jsou ramena různě dlouhá, je páka nerovnoramenná.
Dělník vytahuje kleštěmi hřebík
S pákou se setkáváme na každém kroku. Vytahujeme-li kleštěmi hřebík zaražený do dřeva, neuvědomujeme si, že vlastně i zde používáme páky.
Detail kleští s kresbou
Kleště při vytahování hřebíku působí jako dvojzvratná páka. V místě, kde se kleště opírají o podložku, je osa páky.
Schema kleští jako páky
Břemenem Q je odpor, který klade dřevo proti vytažení hřebíku, a je překonáván silou P ruky, která působí na koncích rukojeti. Čelisti kleští tvoří rameno břemena q a rukojeti síly p; poněvadž jsou ramena různě dlouhá, jsou kleště páka dvojzvratná nerovnoramenná.
Řezačka na papír
Řezačka, které používá knihař na řezání papíru, není také nic jiného než páka.
Detail řezačky s kresbou
Nůž řezačky je na jednom konci upevněn, t. j. osa páky, břemenem je odpor řezaného papíru /působí směrem vzhůru/, síla působí na druhém konci nože: směrem dolů. Obě síly působí tedy na téže straně od osy a je to tedy páka jednozvratná.
Schema řezačky jako páky
Břemeno Q zůstává při práci stejně veliké, rameno břemene q se však zvětšuje. Poněvadž se délka ramene síly p nemění, musí se s rostoucím ramenem břemene zvětšovat v témže poměru i síla P, jak řez postupuje.
Rumpál /kolo na hřídeli/
Ještě dnes najdeme často na venkově, zejména v horách, studnu opatřenou rumpálem. Je to dřevěný válec, uložený v ložiskách a opatřený kolem. Na válci je navinut silný provaz nebo drátěné lano, na které se zavěšuje okov na vodu. Síla působí na obvodu kola, břemeno na obvodu hřídele. I malé děvčátko dovede tímto zařízením vytáhnout z hluboké studny těžký okov s vodou, i když jej potom třeba neunese. Rumpál mu usnadnil práci.
Detail samotného kola
Je to v podstatě další jednoduchý stroj – kolo na hřídeli. Na pevném hřídeli o malém poloměru je nasazeno kolo o velkém poloměru.
Schema kola na hřídeli
Na schematu je patrno, že kolo na hřídeli je v podstatě dvojzvratná nerovnoramenná páka. Ramenem síly je poloměr kola R, ramenem břemene je poloměr hřídele r. Podmínka rovnováhy je tedy stejná jako na páce: moment síly PR se musí rovnat momentu břemene Qr.
Příklady kola na hřídeli – dělník otáčí kolovrátkem
Tak jako páka i kolo na hřídeli se v praxi často vyskytuje a je součástí mnoha strojů a zařízení. Vrtá-li dělník kolovrátkem díru do dřeva, používá vlastně principu kola na hřídeli.
Detail kolovrátku s kresbou
Hřídelem je vrták a kolem je oblouk kolovrátku. Břemeno je odpor dřeva při vrtání – působí na obvodu vrtáku, síla působí na oblouku kolovrátku.
Schema kola na hřídeli u kolovrátku
Poloměr vrtáku je poloměrem hřídele r, velikost oblouku kolovrátku je poloměrem kola R; dělníkova ruka opisuje při vrtání kružnici o poloměru R, vrták vrtá díru o poloměru r. I zde se moment síly PR rovná momentu břemene Qr.
Jiný příklad kola na hřídeli – řezání závitu závitníkem
Při řezání závitů závitníkem používáme také kola na hřídeli. Závitník je upevněn ve středu kruhu, který je opatřen dvěma stejně dlouhými rameny.
Detail závitníku s kresbou kola na hřídeli
Hřídelem je opracovávaná tyč, kolem jsou ramena. Břemenem je odpor, který klade kov proti opracování, síla působí na obvodu kružnice, kterou při práci opisují konce ramen.
Schema kola na hřídeli u závitníku
Poloměr hřídele r /rameno břemene/ je poloměr závitníku, poloměr kola R /rameno síly/ je roven délce ramene. I zde platí podmínka, že se moment síly PR rovná momentu břemene Qr. Také zde si kolem na hřídeli usnadňujeme práci.
Tak bychom mohli v příkladech pokračovat. Všechny nástroje, jichž používáme doma, v dílně, na poli, ve škole atd., jsou v podstatě založeny na jednoduchých strojích. Pákou jsou v podstatě na př. trakař, kolečko, nůžky, houpačka, louskáček na ořechy, nůž, lopata, veslo, prádlatky, šlapadla u strojů a podobně. Kolem na hřídeli jsou vratidlo, řídicí kolo kormidla, volant, větrný mlýn, mlýnská kola, ozubená kola strojů, setrvačníky, klíč, šlapadlo bicyklu a j.
y
