فرض کنید جسمی داخل ماشین قرار دارد، مزیت مکانیکی در خصوص ماشین نسبت بین نیرویی است که ماشین به جسم وارد می‌کند و نیرویی است که جسم به ماشین وارد می‌کند. مزیت مکانیکی نشان می‌دهد که ماشین نیروی وارده را چند برابر می‌کند. برای مثال ، شاید تصور کنید که استفاده از جک برای بلند کردن اتومبیل سبب می‌شود که ما کار کمتری برای بلند کردن آن انجام دهیم اما هرگز چنین نیست. می‌دانیم که برای بلند کردن اتومبیل باید مقدار معینی کار انجام شود، این مقدار با بکار گیری جک کاهش پیدا نمی‌کند، جک تنها کار را آسانتر می‌کند.

مثلا برای بلند کردن اتومبیل بدون استفاده از جک لازم است شما نیرویی بیش از 5000 نیوتن را بر آن وارد کنید، مسلما وارد کردن چنین نیرویی توسط شما غیر ممکن است. جک به شما کمک می‌کند تا شما با نیرویی در حدود 100 نیوتن اتومبیل را بلند کنید، در این صورت جک اتومبیل نیروی وارد بر آن را حدودا 50 برابر کرده است، لذا گفته می‌شود که مزیت مکانیکی این جک حدودا 50 است. 

ماشین ساده

گروهی از ماشینها که پایه و اساس ساخت ماشینهای دیگر را تشکیل می‌دهند، ماشین ساده نامیده می‌شوند. ماشینهای دیگر حالت تغییر شکل یافته ماشین ساده یا ترکیبی از چند ماشین ساده با یکدیگر هستند. 

اهرم نوع اول

اهرم میله بلندی است که محلی از آن به جایی تکیه دارد. برای مثال میله الاکلنگ را در نظر بگیرید، میله‌ای از وسط به محلی تکیه دارد، دو نیرو از دو انتهای میله بر میله اثر می‌کنند و سبب نوسان میله می‌شود. به فرض اگر نیروی محرک از سمت راست بر انتهای میله بطور قائم و به سمت پایین وارد شود به علت اثر این نیرو ، نیروی مقاوم بر انتهای دیگر میله و به سمت بالا در راستای قائم وارد می شود، فاصله بین نیروی محرک تا تکیه گاه بازوی محرک و فاصله بین نقطه اثر نیروی مقاوم تا تکیه گاه بازوی مقاوم نامیده می‌شود. 

اهرم نوع دوم

در این نوع از اهرم تکیه گاه بر یکی از دو انتهای میله منطبق است، اگر نیروی محرک بر انتهای دیگر میله و بطور قائم به سمت بالا وارد شود، نیروی مقاوم بر وسط میله در راستای قائم و به سمت بالا وارد می‌شود. در این حالت نیروی مقاوم بین تکیه گاه و نیروی محرک قرار دارد. 

اهرم نوع سوم

در این نوع اهرم که عکس نوع دوم است. میله از یکی از دو انتهای خود از بالا به تکیه گاه تکیه کرده است و نیروی محرک بر وسط میله اثر می‌کند، در راستای قائم و به سمت بالا و نیروی مقاوم بر انتهای دیگر میله و در راستای قائم به سمت بالا وارد می‌شود. در این نوع اهرم نیروی محرک بین تکیه گاه و نیروی مقاوم قرار دارد. مزیت مکانیکی اهرم همچون هر ماشین از نسبت نیروی محرک و مقاوم بدست می‌آید. البته اگر از اصطکاک صرفنظر کنیم، مزیت مکانیکی اهرم از نسبت طول بازوی محرک بر طول بازوی مقاوم هم بدست می‌آید. 

قرقره

قرقره یک ماشین ساده است، هر قرقره محوری دارد که حول آن می‌تواند آزادانه بچرخد، البته گاهی می‌توان دو یا چند قرقره ثابت و متحرک را باهم ترکیب کرد و یک قرقره مرکب بوجود آورد. قرقره‌ها را می‌توان نوعی اهرم به شمار آورد با این تفاوت که دامنه حرکت اهرم محدود است، اما دامنه حرکت قرقره محدود نیست. در یک قرقره که از مرکز به محلی توسط میله متصل است و طنابی از دور آن رد شده و به یکی از دو انتهای آن جسمی آویزان است. اگر انتهای آزاد طناب را بکشیم جسم در سمت دیگر بالا می‌آید در این حالت قرقره ثابت است و نقطه تکیه گاه مرکز قرقره است و نیرویی که به سمت آزاد طناب وارد شود به عنوان نیروی محرک و نیرویی که به جسم وارد می‌شود به عنوان نیروی مقاوم است.
 

• قرقره متحرک:قرقره متحرک قرقره‌ای است که از مرکز آویزان نشده بلکه طنابی از قسمت پایین آن رد شده و یکی از دو انتهای طناب به سقف آویزان است و جسم از مرکز دیسک آویزان است. در این حالت محل اتصال طناب به کناره دیسک که در بالا به سقف وصل است به عنوان تکیه گاه است و نیرویی که به سر آزاد طناب وارد کنیم به عنوان نیروی محرک و نیرویی که بر جسم وارد می‌شود به عنوان نیروی مقاوم است.
   
• چرخ و محور:چرخ و محور شامل چرخی است که به مرکز آن میله‌ای وصل شده است با چرخاندن چرخ میله نیز می‌چرخد. از نمونه‌های چرخ و محور می‌توان کلید ، فرمان اتومبیل ، آچار ، پیچ گوشتی ، چرخ چاه و چرخ مته دستی را نام برد. در چرخ و محور معمولا نیروی محرک را به چرخ و نیروی مقاوم را به محور وارد می‌کنند اما برعکس این حالت نیز امکان پذیر است. برای اینکه افزایش یا کاهش نیرو را در این دو حالت احساس کنید می‌تواند به کمک یک سینی گود یا چرخ سه چرخه به عنوان چرخ و یک میله چوبی یا فنری به عنوان محور استفاده کنید. حال با یک دست چرخ را در دست بگیرید و بچرخانید و با دست دیگر محور را گرفته و مانع حرکت آن شوید، در این حالت چرخ و محور می‌چرخند.
   

در چرخ و محور بین شعاع چرخ و شعاع محور و نیروهایی که به چرخ و محور وارد می‌شوند رابطه برقرار است:
 

سطح شیبدار

سطح شیبدار هم نوعی ماشین ساده است و سبب می‌شود که بتوانیم به کمک یک نیروی کم اما در مسافتی طولانی جسمی را به سمت بالا حرکت دهیم، در حالیکه ممکن است جابجا کردن این جسم بطور مستقیم از سطح زمین بر روی سطح بالایی در حد نیروی ما نباشد. 

گوه و پیچ

گوه و پیچ نیز ماشینهای ساده هستند و می‌توان آنها را نوعی سطح شیبدار به حساب آورد. چاقوی معمولی یک گوه است، تیغه‌های قیچی نیز گوه هستند، گوه یک سطح شیبدار متحرک است. پیچ نیز سطح شیبداری است که به دور یک میله پیچیده شده، از ترکیب پیچ و قوه ، مته بوجود می‌آید. 

 باید بگم این یکی از مباحثی است که اصلا دوسش ندارم.

با نگاهی به محل زندگی و کار خود می‌توانید به راحتی انواع ماشینهای ساده را ببینید. کلید برق ، دستگیره در ، صفحه تلفن ، کارد ، پیچ گوشتی و حتی کلیدهای صفحه کلید کامپیوتر ، همگی وسایلی هستند که کار انجام شده روی خود را به کار مفید تبدیل می‌کنند. هر کس بدون اینکه اطلاعی داشته باشد، انواع متعددی از این ماشینهای ساده را در زندگی روزمره به کار می‌برد. 
هیچ می‌دانید چرا ... 

• فندق شکن ، فندق را راحت می‌شکند.
• پنس ، قطعات ریز را راحت بر می‌دارد.
• چیزی را که چاقو به سختی می‌برد، قیچی راحت می‌برد.
• آچار فرانسه خیلی راحت مهره را سفت می‌کند.
• سیم چین خیلی راحت سیم را می‌برد یا لخت می‌کند.

مزیت مکانیکی

انواع اهرمها

• اهرم نوع اول : تکیه گاه بین نیروی مقاوم و نیروی محرک قرار دارد. مانند انبردست ، آچار فرانسه ، قیچی و ... .
   

• اهرم نوع دوم : نیروی مقاوم بین تکیه گاه و نیروی محرک قرار دارد. مانند فندق شکن)) و ... .
   

• اهرم نوع سوم : نیروی محرک بین تکیه گاه و نیروی مقاوم قرار دارد. مانند قندگیر ، انبرک ، پنس و ... .

تاریخچه

حدود 50 سال قبل (1929) ژرژ کلود فرانسوی ، استفاده از انرژی حرارتی دریاها را به مرحله عمل در آورد. در ایالات متحده در سال 1979 با استفاده از اختلاف دمای میان آبهای سرد عمق اقیانوس و آبهای گرم سطح اقیانوس ، الکتریسیته تولید شد. اولین مرکز کوچک آمریکایی 10 کیلو وات تولید کرده است و در چند سال آینده مراکزی با صدها مگاوات بوجود خواهد آمد. در فرانسه مطالعاتی انجام شده و در دست تهیه است تا از آبهای آنتیل یا آبهای حوالی زلاندنو بصورت اقتصادی بهره برداری شود. دمای سطح اقیانوس در نواحی گرم معمولا 25 تا 28 درجه سانتیگراد است. بنا به اصل دوم ترمودینامیک ، اصل کارنو ، یک ماشین حرراتی می‌تواند بین یک منبع گرم و یک منبع سرد کار کند. 

معایب و مزایای منابع انرژی

• نفت: نفت ماده قابل احتراق آرمانی بوده ولی تمام شدنی و غیره جهانی است.
  
  
• چوب: چوب و زغال سنگ در کمیت محدود است، ولی می‌توان با از دست دادن قسمتی از انرژی ، آن را به گاز و مواد سوختی تبدیل کرد.
  
  
• الکل: الکل انرژی ملی ولی گران است و توان حرارتی آن کم و تولید آن در اندازه زیاد نا متحمل است.
  
  
• آبشارها: آبشار آب از پشت سد توانایی محدود دارند از توان آنها به علت استفاده‌های زیاد کم کم کاسته می‌شود.
  
  
• انرژی زمین گرمایی: انرژی زمین گرمایی حسی بوده و محدود است، بطوری که می‌توان فقط در اشل صنعتی برای مجموعه‌ای بزرگ از آن استفاده کرد.
  
  
• باد و خورشید: در واحدهایی با توان کم انجام می‌پذیرد. و می توانند انرژی) فرعی به حساب آیند. در عوض خورشید ، اتم ، زمین گرمایی و مواد قابل احتراق قابلیت گرما را دارند، در صورتی که باد و آبشار مستقیما انرژی الکتریکی با بازده بالا را تولید می‌کنند.
  
  
• انرژی هسته‌ای: انرژی هسته‌ای می‌تواند الکتریسیته و گرمای بزرگ مقیاس در واحدهای تأسیساتی بزرگ ایجاد نماید، ولی خطر حوادث و آلودگی آن احتیاطهای لازم را می‌طلبد. به علاوه ، منابع موجود اورانیوم نیز تمام شدنی است.
• __انرژی حرارتی دریاها

• انرژی زیست توده: چرخه کنونی انرژی از نظر بوم شناختی ، مسائل و مشکلات پیچیده‌ای را پدید می‌آورد. از همین رو جایگزینی آن با چرخه‌های غیر آلاینده ، امری حیاتی و اجتناب ناپذیر است. مسائل زیست محیطی و نگرانیهای ناشی از مهاجرت روستائیان و رشد بی رویه شهرنشینی ، بر لزوم تغییر نظام کنونی انرژی افزوده است. بدیهی است که نظام انرژی جایگزین باید مبتنی بر منابع انرژی تجدید پذیر باشد. استفاده از زیست توده به عنوان یک منبع انرژی ، نه تنها از نظر زیست محیطی ، بلکه به دلایل اقتصادی ، اجتماعی و هم چنین سهولت کاربرد ، جذاب است.
  
  تقریبا نیمی از مردم جهان برای تأمین انرژی مورد نیاز خود ، از چوب استفاده می‌کنند. چوب ، ضایعات گیاهی (مانند ضایعات نیشکر ، ذرت ، چغندر قند) و دیگر منابع زیست توده ، از منابع تجدید پذیر کربن به شمار می‌آیند. استفاده از انرژی زیست توده به شکل سنتی یعنی سوزاندن چوب درختان و فضولات حیوانی- باعث نابودی جنگلها و آلودگی و تخریب محیط زیست می‌شود. اما با تلفیق روشهای شیمیایی و زیست شناختی می‌توان قند ، سلولز و دیگر مواد موجود در ضایعات کشاورزی را به سوختهای مایع تبدیل کرد.
  
  یکی از راههای تامین منابع انرژی زیست توده ، کاشت درختان یا درختچه‌های مناسب (با دوره رشد کوتاه و سریع) در زمینهای نامرغوب و نیمه بایر است. گر چه سوزاندن این منابع ، گاز دی اکسید کربن را در جو منتشر می‌کند، اما چون دوره کاشت و رشد و نمو آنها دائمی است، به همان اندازه دی اکسید کربن از جو زمین جذب می‌کنند و با استفاده از انرژی خورشیدی ، از طریق فتوسنتز ، اکسیژن تولید می‌کنند. بدین ترتیب ، یک "چرخه کربن خنثی" در طبیعت پدید می‌آید.

افزایش مصرف انرژی و برق

مصرف انرژی مخصوصا در کشور های توسعه یافته رو به افزایش است. مثلا در فرانسه میزان مصرف انرژی به صورت زیر بر حسب معادل میلیون تن نفت است. در سال 1985 ، 96 میلیون تن نفت ، 37 میلیون تن گاز 30 میلیون تن مواد جامد سوختنی مصرف شده است. این مصرف انرژی نسبت به سال های گذشته حدودا بین 20% الی 35% افزایش پیدا کرده است. کاهش تقاضا برای نفت وارداتی بسیار بوده و تولید انرژی هسته ای نیز کافی است. در نتیجه انرژی های غیر هسته ای (انرژی نو) باید به قدر کافی توسعه یابند. 

صرفه جویی انرژی

برای صرفه جویی در انرژی ، لازم است مقدار انواع مصرف شده را در نظر گرفته و صرفه جویی را از بزرگترین کمیت شروع کرد. گرم کردن منازل حدودا 40% نفت را به خود اختصاص می‌دهد. بنابراین منطقی است که مسئله را از این جا شروع کرد. زیرا صرفه جویی 10 الی 15 درصد به فوریت قابل انجام است. برعکس محدود کردن سرعت اتومبیلها سبب صرفه جویی 10 درصد انرژی می‌شود. 

صرفه جویی در گرم کردن

گرم کردن با الکتریسیته تمرکز یافته و مرسوم شده است و یک روش رفاهی و نوین است. ولی سبب اتلاف بیهوده انرژی است. بویژه در صورتی که جریان از مراکز حرارتی بیاید. بازده یک مرکز در حقیقت 3/1 است. زیرا که 3/2 انرژی اولیه در دودکش تلف می شود. بنابراین یک کیلو گرم مواد نفتی (11000 کیلو کالری) ، به شکل 3800 کیلو کالری انرژی الکتریسیته در می آید. که در منازل دریافت می شود. با سوزاندن یک کیلو گرم مواد نفتی در دیگ شوفاژ مرکزی با راندمان 7% حدود 8000 کیلو کالری برای گرم کردن منزل دردسترس قرارمی گیرد. عایق بندی یک صرفه جویی حقیقی به ازای هر نوع انرژی است مثلا وقتی که رادیاتور شوفاژ در مقابل دیواری که به بیرون ساختمان مربوط و زیر پنجره است، بهتر است قسمتی از دیوار که پشت رادیاتور قرار می گیرد عایق بندی شود. و نیز بهتر است در هر اطاقی ترموستاتهایی با دماهای متفاوت استفاده شود تا دمای اطاق راکنترل کند و صرفه جویی در مصرف انرژی صورت گیرد. 

صرفه‌جویی در تأسیسات ثابت

نیروگاههای برق و مراکز انرژی تقریبا در بهترین شرایط امکان فعلی خود هستند. با مواظبت خاصی می‌توان امیدوار بود که چند درصد از مصرف انرژی را کاهش داد.