Машина

мини|250px|alt=Bonsack's machine|Машина за роловање цигарета, патентирана 1881. десно|250p|мини|Ветрогенератори

Машина или строј је скуп делова повезаних у једну логичну целину с циљем извођења одређене операције. Операција је најнижи сегмент обраде, док је обрада један сегмент у технологији.J. J. Uicker, G. R. Pennock, and J. E. Shigley, 2003, , New York.

Научна дефиниција машине је да је машина свака направа која преноси или претвара енергију, или направа за повећање вредности силе, измену правца деловања силе или повећања брзине којом се обавља неки рад. У свакодневном животу значење се усталило за направе, које имају најмање један помични део, а које помажу или изводе неки рад. Машине с једне стране захтевају један вид улазне енергије, да би на излазу дали неки други вид енергије, најчешће у облику механичког рада. Направе без покретних делова се називају алатима, а не машинама. Људи су употребљавали разне машине још пре него што су знали писати. Оне су им помагале у свакодневном животу смањујући количину силе потребне да обави неки рад.

Етимологија

МашинаThe American Heritage Dictionary, Second College Edition. Houghton Mifflin Co., 1985. је реч која је изведена из грчке речи (дорске , јонске „мајсторија, машина, мотор“, деривације из „средство, целисходан, решење“"μῆχος", Henry George Liddell, Robert Scott, A Greek-English Lexicon, on Perseus project). Реч механички има исте грчке корене. Међутим, древни Грци су вероватно позајмили реч -{mekhane}- из древног Хибру језика. Реч -{Mekhonot}- множина и -{Mekhona}- једнина се помињу у Хибру библији - Тори; ти -{Mekhonot}- су били десет контрапција на четири точка које су стајале у Светом храму Јерусалима, коју је изградио краљ Соломон - (-{2 Chronicles 4:14}-). Антички Грци су били упознати са Хибру списима и језиком, и често су позајмљивали речи и термине.

Шире значење „тканина, структура“ се налази у класичном латинском, али не у гркој примени. То значење је присутно у касном средњовековном француском, и адаптирано је из француског у енглески током средине 16. века.

У 17. веку, реч би такође могла значити план или сплетка, значење сад изражено изведеном речи махинација. Модерно значење се развило из специјализоване примене термина на сценске машине кориштене у позоришту и на војне опсадне машине, током касног 16. и раног 17. века. -{OED}- приписује формално, модерно значење Џон Харисовом -{Lexicon Technicum}- (1704), у коме стоји: Машина или мотор, у механици, је било шта са довољно снаге да било подигне или заустави кретање тела ... Једноставне машине се обично сматрају шестимбројним, -{viz.}-баlance, полуга, котур, точак, клин и завртањ ... Сложене машине или мотори су безбројни. ()

Историја Током своје историје људи су почели да користе основне машине врло рано, што им је омогућило да обављају рад за који је потребна снага већа од снаге људских мишића. Даљи развој машина био је условљен потребом за још већом снагом, или потребом да се одређена снага примењује дуже времена. Да би се то омогућило, употребљени су тада доступни и познати извори енергије. То је била енергија природних сила, тј. енергија ветра и воде. Примена ветрењача за натапање и друге намене, и водених млинова на рекама, додатно је поспешила развој и олакшала живот. У седамнаестом веку започиње се с применом претварања енергије из угља и дрва у рад уз помоћ парних машина. Наставак је била израда мотора са унутрашњим сагоревање и електромотора.

мини|десно|250п|Кременски ручни клин нађен у Винчестеру Вероватно најстарији пример алата који је човек направио с циљем усмеравања снаге је ручни клин, направљен обликовањем кремена да би формирао клин. Клин је једноставна машина којом се трансформише латерална сила и кретање алата у попречну раздвајајућу силу и кретање радног комада.

Идеја једноставне машине потиче од грчког филозофа Архимеда из 3. века п. н. е, који је студирао Архимеданске једноставне машине: полугу, чекрк, и вијак. Он је открио принцип механичке предности код полуге. Каснији грчки филозофи су дефинисали класичних пет једноставних машина (укључујући косину) и успешно су грубо израчунали њихове механичке предности. Херон од Александрије (ca. 10–75 године) у својој књизи Механика наводи пет механизама који могу да „покрену терет”; полуга, мотовило, чекрк, клин, и вијак, и описује њихову израду и употребу. Међутим, грчко разумевање је било ограничено на статику (баланс сила) и није обухватало динамику (компромис између силе и удаљености) или концепт рада.

Током ренесансе динамика механичких сила, како су једноставне машине називане, почела се проучавати са становишта количине корисног рада који се може обавити, што је временом довело до концепта механичког рада. Године 1586. фламански инжењер Симон Стевин извео је механичку предност косине, и она је била уврштена међу друге једноставне машине. Комплетну динамичку теорију једноставних машина је обрадио италијански научник Галилео Галилеј у свом раду из 1600. године -{Le Meccaniche}- („О механици”). Он је први разумео да једноставне машине не стварају енергију, већ да је једноставно трансформишу.

Класична правила клизног трења код машина је открио Леонардо да Винчи (1452–1519), мада је то остало необјављено у његовим списима. Ова правила је поновно открио Гијом Амонтон (1699), а даље их је развио Шарл-Огистен де Кулон (1785).

Џејмс Ват је патентирао своју везу паралелног кретања 1782. године, која је учинила двоструко делујућу парну машину практичном.Pennock, G. R., James Watt (1736-1819), ed. M. Ceccarelli, Springer. Болтон и Ватова парна машина и каснији дизајни су нашли примену у парним локомотивама, паробродима, и фабрикама.

Индустријска револуција је била период од 1750 до 1850 током кога су промене у пољопривреди, производњи, рударству, транспорту, и технологији имале дубок утицај на друштвене, економске и културне услове тог времена. Почела је у Уједињеном Краљевству, и затим се накнадно раширила широм западне Европе, Северне Америке, Јапана, и коначно остатка света.

Почевши од касног 18. века, почела је транзиција делова британске економије базиране на мануелном раду и радним животињама ка машинско базираној производњи. Процес је почео са механизацијом текстилних индустрија, развојем техника металургије гвожђа и повећаном употребом рафинираног угља.

Подела Машине се генерално могу поделити на основне или једноставне машине и на сложене или комплексне машине.

Једноставне машине мини|250px|Табела једноставних механизама, из -{Chambers' Cyclopædia}-, 1728. Једноставне машине пружају „речник” за разумевање комплекснијих машина.

Једноставне машине су у ствари разни алати или направе које су повећавале однос уложене и добијене силе. Они су омогућили човеку да обави радове који су захтевали снагу која је била већа од његове, тј. омогућили су искоришћавање снаге ветра, снаге воде, и снаге горивих материја."Internal combustion engine", Concise Encyclopedia of Science and Technology, Third Edition, Sybil P. Parker, ed. McGraw-Hill, Inc., (1994). стр. 998 . Без њих био је незамислив напредак, а човек би још увек био на примитивном степену развоја. Једноставне направе су: стрма раван, точак и осовина, полуга.

Идеја да се машине могу разложити у једноставне покретне елементе навела је Архимеда да дефинише полугу, чекрк и вијак као једноставне машине. До времена ренесансе ова листа је увећана и обухватала је точак и осовину, клин и косу раван. Медеран приступ карактерисању машина има фокус на компонентама које омогућавају кретање, познатим као зглобови.

Клин (ручна секира): Вероватно најранији пример уређаја дизајнираног за управљање силом је ручна секира. Рани ручни клинови су били направљени од клесаног камена, генерално кремена, чиме се формирала двострука ивица, или клин. Клин је једноставна машина која трансформише латералну силу и кретање алата у трансверзалну расцепљујућу силу и кретање радног комада. Доступна снага је ограничена снагом особе која користи алат, али пошто је снага производ силе и кретања, клин појачава силу редуковањем кретања. Ово појачање, или механичка предност је однос улазне брзине и излазне брзине. За клин то је дато са -{1/tanα}-, где је α угао врха. Лица клинова су моделована као праве линије како би се формирао клизни или призматични зглоб.

Полуга: Полуга је још један важан и једноставан алат за управљање снагом. То је тело које има ослонац. Пошто је брзина тачке удаљеније од ослонца већа од брзине тачке близу њега, силе примењене далеко од ослонца се појачавају у његовој близини за асоцирано смањење брзине. Ако је -{a}- растојање од ослонца до тачке где се примењује улазна сила и -{b}- растојање до тачке где се примењује излазна сила, онда је -{a/b}- механичка предност полуге. Ослонац полуге се моделује као зглобни или окретни зглоб.

Точак: Точак је једна важна рана машина, која се користила на пример као компонента кочија. Точак користи закон полуге за редуковање силе неопходне за превазилажење трења при вучи терета. Да би се ово разумело треба имати на уму да је трење асоцирано са вучом терета по земљи приближно једнако трењу у једноставном лежају који подржава терет на осовини точка. Међутим, точак формира полугу која увећава вучну силу тако да превазилази отпор трења у лежају.

мини|десно|250px|alt=Illustration of a Four-bar linkage from Kinematics of Machinery, 1876|Илустрација зглобне везе четири полуге из Kinematics of Machinery, 1876 Класификацију једноставних машина ради пружања стратегије за дизајн нових машина је развио Франц Рело, који је сакупио и изучио преко 800 елементарних машина.Moon, F. C., The Reuleaux Collection of Kinematic Mechanisms at Cornell University, 1999 Он је увидео да се класичне једноставне машине могу раздвојити на полугу, чекрк и точак са осовином који су формирани телом које ротира око зглоба, и нагнутом равни, клином и вијком који су слично блок који клизи на равној површини.Hartenberg, R.S. & J. Denavit (1964) Kinematic synthesis of linkages, New York: McGraw-Hill, online link from Cornell University.

Једноставне машине су елементарни примери кинематичких ланаца или веза који се се користе за моделовање механичких система у опсегу од парне машине до роботских манипулатора. Лежаји који чине ослонац полуге и који омогућавају точку и осовини и чекрку да ротирају су примери кинематичког пара званог зглобни састав. Слично томе, равна површина нагнуте равни и клин су примери кинематичког пара званог клизни спој. Вијак се обично сматра засебним кинематичким паром који се назива спирални спој.

Ова реализација показује да су зглобови или везе које омогућавају кретање, примарни елементи машине. Полазећи од четири типа спојева, ротационим зглобом, клизним спојем, брегастим зглобом и зупчаником, и сродним спојницама као што су каблови и појасеви, могуће је разумети машине као склопове чврстих делова који повезују зглобне компоненте у механизам .

Две полуге, или ручице, су комбиноване у планарну четворокраку везу везивањем зглобова којима се повезује излаз једног крака са улазом другог. Додатне везе се могу додати да се формира шестокрака веза или у серију којом се формира робот.

Комплексне машине

Комплексна машина се може дефинисати као спој две или више једноставне машине. Док је једноставна машина омогућила да се обави више разних радњи, комплексне машине су направљени с задатком да обављају тачно одређене послове.