6種類の単純機械を知る

機械をタップすると、その仕組みを確認できます。

てこ

固定点(支点)を中心に回転する剛体の棒で、より長い距離にわたって小さな力を加えることで、より短い距離でより大きな荷重を動かすことができます。シーソー、バール、はさみなどがその例です。

輪軸

中心に小さな棒(軸)が取り付けられた車輪で、比較的小さな力で大きな車輪を回すことで、軸にはるかに大きな回転力を生み出します。ドアノブ、ハンドル、ドライバーなどに使われています。

滑車

縁に溝のある車輪に、ロープやケーブルを通したもので、加えられた力の方向を変えるために使われ、複数の滑車を組み合わせたシステムでは、重い荷物を持ち上げるのに必要な力を減らすためにも使われます。

斜面

平らで傾斜した面で、物体を作業をより長い距離にわたって分散させることで、一定の高さまで持ち上げるのに必要な力を減らします。スロープが日常で最もよく見られる例です。

くさび

本質的には2つの斜面を背中合わせに組み合わせたもので、鈍い側に加えられた力を薄い刃の部分に沿った分割力に変換することで、材料を分割したり切断したりするために使われます。斧やナイフがよく知られた例です。

ねじ

円柱に螺旋状に巻き付いた斜面で、回転力を直線的な力に変換します。これにより、直接的な力をはるかに小さくしても、ねじを材料に打ち込むことができます。

単純機械が作業を楽にする仕組み——全体の仕事量を減らすわけではない

単純機械は物体を動かすのに必要な仕事の総量(物理学的な意味での「仕事」)を減らすわけではありませんが、より長い距離にわたってより小さな力でその仕事を行うことを可能にします。これこそが、体力的に負担の大きい作業をより扱いやすく感じさせる理由です。

よくある質問

現代の複雑な機械は、これら6つの単純機械の組み合わせに過ぎないのですか?

おおむねその通りです。自転車から自動車のエンジンに至るまで、ほとんどの複雑な機械装置は、全体の仕組みが非常に洗練されて見えたとしても、最終的にはこれら6つの基本的な単純機械の組み合わせによって成り立っています。

どの単純機械が最も大きな機械的利得をもたらすのですか?

一概には答えられません。各タイプの機械的利得は、てこの腕の長さや斜面の傾斜の急さといった、それぞれの具体的な設計や寸法に大きく左右されるものであり、ある機械の種類そのものが本質的に他より優れた利得をもたらすわけではありません。