1. Պարզ մեխանիզմներ

 

Երբ անհրաժեշտ է լինում փոխել ոչ միայն ուժի ուղղությունը, այլև ուժի մեջ շահում ստանալ, դա անում են շարժական ճախարակի միջոցով:

Այս ճախարակը թույլ է տալիս որոշակի ուժով դրանից երկու անգամ ավելի մեծ ուժ հավասարակշռել (տե՛ս նկ): Իրոք, գործադրելով $F_1$ ուժը՝ մենք ձգտում ենք ճախարակը պտտել \(Օ\) կետով անցնող առանցքի շուրջը: Դրա համար անհրաժեշտ է, որ $F_1$ ուժի և \(O\) կետի նկատմամբ իր բազկի (ճախարակի \(OA\) տրամագծի) արտադրյալը հավասար լինի ճախարակի \(B\) կետում ամրացված բեռի $F_2$ ծանրության ուժի և \(Օ\) կետի նկատմամբ իր բազկի (ճախարակի  \(OB\) շառավղի) արտադրյալին՝ $F_1$ \(·\) \(OA\)\(=\)$F_2$ \(·\) \(OB\), որտեղից էլ ստանում ենք. $F_2$ \(= 2\)$F_1$

Ստացված արդյունքը հեշտությամբ կարելի է ստուգել փորձով, որի սխեման բերված է նկարում:

    

Ուժի մեջ ավելի մեծ շահում ստանալու նպատակով կիրառում են բազմաճախարակ (պոլիսպաստ, հունարեն պոլի` բազմա և սպառ` ձգում եմ բառերից), որն անշարժ և շարժական ճախարակների համակցությունն է: Նկարում  պատկերված բազմաճախարակը կազմված է երեք շարժական և երկու անշարժ ճախարակներից: Քանի որ շարժական ճախարակներից յուրաքանչյուրը կրկնապատկում է քարշի ուժը, ապա այդպիսի բազմաճախարակն ընդհանուր առմամբ ուժի վեցակի շահում է տալիս։

 

Թեք հարթությունը թեք դրած հարթակի ձևով մարմին է, որի վրայով բեռը սահեցնելով կամ գլորելով մի մակարդակից տեղափոխում ենք մեկ այլ մակարդակ (նկար)։

Եթե անտեսենք շփումը թեք հարթության մակերևույթի և բեռի միջև, ապա թեք հարթությամբ բեռի բարձրացման ժամանակ ավելի փոքր ուժ գործադրելով, քան բեռի ծանրության ուժն է, կարելի է բարձրացնել բեռը։

 

 

Ոլորանն, ըստ էության, իրար միացված տարբեր շառավիղներով անիվներից կազմված համակարգ է, որը պտտվում է սևեռված առանցքի շուրջը: Այն գործում է ինչպես \(1\)-ին սեռի լծակ, ուստի, կախված այն բանից, թե որտեղ են կիրառված ճիգն ու բեռը, կարող է շահում տալ ինչպես ուժի, այնպես էլ արագության մեջ: Լծակի հենման կետը սևեռված առանցքն է: Բեռի և ճիգի բազուկները համապատասխան անիվների շառավիղներն են: Դրանց  \(R/r\ \)հարաբերությունն էլ հավասար է ոլորանի տված շահումին: Ուժի մեջ շահում տվող ոլորանի օրինակ է սովորական պտուտակահանը, իսկ արագության մեջ՝ մթերք կտրատող սղոցը: Պարզագույն ոլորանը, որը կազմված է թմբուկից և նրան ամրացված բռնակից, հայտնագործվել է խոր հնադարում։ Առավել հաճախ այն օգտագործվել է ջրհորից ջուրը վեր բարձրացնելու համար։

 

\(1\)-ին դեպքի օրինակներ են սեպին կացնով հարվածելով կոճղը կիսելը, սառցահատի կողմից սառույցը ճեղքելը և այլն: Երբ կացնով ուղղաձիգ ուղղությամբ հարվածում ենք սեպին, կոճղի բաժանված մասերը հեռանում են հորիզոնական ուղղությամբ: Նշանակում է, որ սեպը փոխում է իր վրա ազդող ուժի ուղղությունը: Բացի դրանից, ուժը, որով սեպը հրում է կոճղի կտորները, զգալիորեն գերազանցում են կացնի կողմից սեպի վրա ազդող ուժին, այսինքն՝ սեպը փոփոխում է նաև ուժի մեծությունը:

\(2\)-րդ դեպքում սեպը հանդես է գալիս ոչ թե կտրողի կամ ծակողի, այլ ընդհակառակը՝ կպցնողի, ամրացնողի դերում: Օրինակ, կացնի կոթն ամրացնելու համար կոթի մեջ սեպ են խրում: Սեպը մեծ ուժով կոթը սեղմում է կացնին, որի հետևանքով դադարի շփման առավելագույն ուժը երկաթի և փայտի միջև էապես մեծանում է, ինչն էլ կոթը «կպցնում» է կացնին:

Նույն սկզբունքով պատուհանի շրջանակն ամրացնում են պատին, մեքենայի շարժիչի տարբեր դետալներ՝ միմյանց և այլն:

Այլ պարզ մեխանիզմների նման պտուտակն էլ կարող է փոփոխել ուժի ուղղությունը և մեծությունը:

Երբ խցանահանի բռնակը հորիզոնական հարթության մեջ պտտում ենք ժամսլաքի ուղղությամբ, խցանահանը շարժվում է դեպի ներքև: Պտտելով ամբարձիկի բռնակը՝ ավտոմեքենան վեր ենք բարձրացնում: Հենց սա էլ վկայում է այն մասին, որ պտուտակը փոփոխում է ուժի ուղղությունը (ճիգը գործադրվում է հորիզոնական ուղղությամբ, իսկ բեռը բարձրանում է ուղղաձիգ ուղղությամբ):

Փոքր ճանապարհ անցնելու համար պտուտակը բազմաթիվ պտույտներ է գործում: Նշանակում է, որ այս դեպքում կորցնում ենք ճանապարհի մեջ, բայց մեծապես շահում ուժի մեջ: Իդեալական դեպքում ուժի մեջ պտուտակի շահումը հավասար է մեկ պտույտի ընթացքում ուժի կիրառման կետի անցած ճանապարհի (օրինակ՝ ամբարձիկի դեպքում բռնակի գծած շրջանագծի երկարության) հարաբերությանը պտուտակի պարույրի քայլին (հարևան պարույրների հեռավորությանը), որը կարող է շատ մեծ լինել:

Պտուտակը, հիրավի, ամենատարածված պարզ մեխանիզմն է կենցաղում, արդյունաբերության մեջ և տեխնիկայում: Մի դեպքում այն տարբեր մարմիններ ամրացնելու դեր է կատարում, մեկ այլ դեպքում պտտական շարժումը փոխակերպում է համընթացի, բեռ է բարձրացնում, ինքնաթիռների ու նավերի շարժիչների քարշի ուժն է ստեղծում և այլն:

Պտուտակներ սկսել են օգտագործել դեռ վաղ ժամանակներից: Մ.թ.ա. \(III\) դարում Արքիմեդի ստեղծած պտուտակը, որը կազմված է թեք դրված խողովակից և պտուտակից, երկու հազար տարուց ավելի օգտագործում են ջուրը ցածրադիր ջրամբարներից ոռոգման ջրատարներ բարձրացնելու համար: Այժմ այն լայն կիրառություն ունի բազմազան ոլորտներում:

Սովորական մսաղացի մեջ այն միսը տեղափոխում ու սեղմում է կտրող դանակին: Ձկնարդյունաբերության մեջ այն օգտագործում են ձուկն անվնաս ջրից տրանսպորտային տարաների մեջ տեղափոխելու համար:
Եթե այն պտտվելով ջուր է բարձրացնում, ապա նրա մեջ վերևից լցված ջուրը պտույտ է առաջացնում, ինչն էլ հաջողությամբ օգտագործվում է մի շարք հիդրոէլեկտրակայանների տուրբինները պտտելու համար: Վերջերս Արքիմեդի պտուտակի կիրառմամբ զարմանահրաշ ատրակցիոններ են հայտնվել զվարճանքի հանրահայտ վայրերում: Մեքենաշինության բնագավառում էլ այն հետաքրքիր կիրառություն է գտել: Դժվարանցանելի տեղանքներում անփոխարինելի են մեքենաները, որոնցում անիվների փոխարեն Արքիմեդի պտուտակներն են: Դրանք հեշտությամբ հաղթահարում են փափուկ հողային տարածքները, ճահիճները, շատ խոր ձյան շերտերը, մի խոսքով՝ իսկական ամենագնացներ են: