ماشین

مقدمه

ماشین هر وسیله مکانیکی یا وسیله الکتریکی است، که با انتقال یا اصلاح انرژی ، انسان را در انجام کارهایش ، یا در بهتر انجام شدن کارهایش یاری دهد، یا خود آنها را انجام می‌دهد. ساز و کارها و ماشینهای مکانیکی ، حتی قبل از آن که اطلاعات مکتوبی در دسترس باشد، برای تقویت توانائیهای نوع بشر ، دائما در حال استفاده بوده. تفاوت عمده ابزار ساده با ماشینها یا مکانیزمهای ساده ، وجود یک منبع قدرت و بعضی اوقات ، در کارکرد مستقل می‌باشد. ابزار قدرتمند امروزی ، ماشین ابزارهای خودکار ، و ماشین آلات قدرتمندی که توسط انسان هدایت می‌شوند، این تعریف را پیچیده کرده‌اند. هر دستگاهی که بتواند انجام کاری را آسان کند، ماشین نامیده می‌شود.

انقلاب صنعتی چه بود؟  مجموعه دگرگونیهای فنی ، صنعتی ، اقتصادی و اجتماعی که از سال 1750 تا 1850 در انگلستان به وجود آمد و به کشورهای دیگر راه یافت، انقلاب صنعتی نامیده می‌شود. در این مدت اقتصاد وابسته به کشاورزی و صنایع دستی به اقتصاد وابسته به صنعت و تولیدات ماشین تبدیل شد. به عبارت دیگر به تدریج نیرو و کار ماشین جای نیروی کار انسان و حیوانات بارکش را گرفت. پیش از انقلاب صنعتی ، حدود 90 درصد مردم در روستاها زندگی می‌کردند و به کشاورزی و کارهای دستی روستایی مشغول بودند. در شهرها هم کارگاههای کوچک وجود داشت. در بعضی جاها هم از نیروی باد و آب استفاده می‌شد. انقلاب صنعتی به دنبال استفاده‌ی عملی از یافته‌های علمی نیز ثروت و سرمایه‌های هنگفتی که از مستعمرات به انگلیس منتقل می‌شد، در آن کشور به وجود آمد. انگلیس از معادن زغال سنگ و آهن بسیار غنی بهره داشت و همین دو ماده‌ی اساسی سبب تولید فرآورده‌های صنعتی فراوانی شد که پیشرفت بازرگانی و اختراع وسایل حمل و نقل و سود سرشار کارخانه داران را در پی داشت.اختراع ماشین ریسندگی و بافندگی ، ماشین بخار ، لکوموتیو بخاری و موتورهای الکتریکی در حمل و نقل ، کشاورزی و روابط اجتماعی دگرگونیهای وسیع به وجود آورد. دامنه‌ی این تغییرات ابتدا کشورهای اروپا و سپس امریکا را گرفت و اکنون سراسر کره زمین را در بر گرفته است.

ماشین هرون

اختراع و ساختن نخستین ماشین گرمایی را به هرون ریاضی - فیزیکدان یونانی قرن اول یا دوم پیش از میلاد نسبت می‌دهند. او با طرح ساده‌ی خود نشان داد که می‌توان از انرژی گرمایی برای حرکت اجسام استفاده کرد. موتور هرون از یک کره‌ی فلزی تو خالی تشکیل شده بود که در امتداد یک قطرش ، به دو لوله مربوط و متکی بود. کره فلزی می‌توانست به آسانی حول قطری که از دو نقطه‌ی اتکا می‌گذشت، دوران کند. لوله‌ها به دیگ بخار مربوط بودند و بخاری که در اثر گرما تولید می‌شد، به کره فلزی راه می‌یافت. دو لوله‌ی کوتاه به دو سوراخ در طرفین قطر عمود بر محور کره متصل بودند و بخار می‌توانست از آنها خارج شود و با نیروی عکس العمل خود کره‌ی فلزی را به دوران در آورد. از آن زمان انسان به نیروی بخار پی برد.

ماشین بخار

تا حدود سه قرن پیش ، انسان فقط از انرژی عضلات خود انرژی چهار پایان ، با وسایل ساده‌ای که ساخته بود، برای انجام کار استفاده می‌کرد. چهار پایانی مانند اسب و الاغ و شتر برای حمل و نقل مورد استفاده قرار می‌گرفتند و از گاو هم برای کندن زمین و کشاورزی بهره می‌گرفتند. از نیروی آب و باد هم برای آسیا کردن غلات در آسیابهای آبی و بادی استفاده می‌کردند و قایقهای کوچک را در آبهای جاری و ساکن به حرکت در می‌آوردند. همزمان با پیشر فت تمدن ، نیاز به منابع نیرو و انرژی بیشتر شد و انسان توانست ابتدا از نیروی باروت و سپس از نیروی بخار و انرژی سوختهای فسیلی استفاده کند و ماشینهای گرمایی را به کار اندازد.
مسیری که بخار آب طی می‌کند تا به عنوان یک منبع انرژی مورد استفاده قرار گیرد، بسیار ساده و قابل فهم است. هنگامی که آب در داخل یک دیگ به دمای استفاده قرار گیرد، بسیار ساده و قابل فهم است. هنگامی که آب در داخل یک دیگ به دمای بالاتر از 100 درجه سلسیوس برسد، به بخار آب تبدیل می‌شود و هر یک سانتیمتر مکعب آب حجمی بر ابر 1700 سانتیمتر مکعب می‌یابد و به عکس ، اگر بخار آب ، سرد و به آب تبدیل شد، حجمی برابر 1700/1 حجم اولیه را خواهد یافت. در اثر این تغییر حجم و تغییر فشاری که روی پیستونی به وجود می‌آورد، انرژی بخار به پیستون منتقل می‌شود. ماشینی که با استفاده از نیرو و انرژی بخار کار می‌کند، ماشین بخار نامیده می‌شود.

ماشینهای درونسوز :ماشینهای درونسوز به ماشینهای گرمایی گفته می‌شود که مواد سوختنی مربوط به آن داخل استوانه سوخته شود. اندیشه‌ی اولیه این ماشینها را کریستیان هویگنس ، فیزیکدان انگلیسی در سال 1680 میلادی مطرح کرد. هویگنس متوجه شد که وقتی گلوله از دهانه‌ی تفنگ پرتاب می‌شود، مقدار زیادی دود گرم از لوله خارج خارج می‌شود. مشاهده‌ی این پدیده او را متوجه رابطه‌ی بین فشار دود و حرکت گلوله کرد و در فکر ساختن موتوری برآمد که با نیروی دود حاصل از انفجار باروت کار کند، ولی با همه تلاشهایی که کرد، نتوانست چنین موتوری را بسازد. اما در عوض نظریه‌ی او توجه عده زیادی از جمله دنیس پاپن را ، که از همکاران او بود، جلب کرد. سرانجام در سال 1876 نیکلاس اوتو که یک تعمیر کار آلمانی بود ، نخستین موتور درونسوز را ساخت. ماشینهای درونسوز شامل ماشین پیستونی و ماشین توربینی است. نمونه‌ی بسیار رایج موتورهای درونسوز پیستونی ، موتور اتومبیل است.

موتور دیزلی

در سال 1892م/1171 خ یک مهندس آلمانی به نام رودولف دیزل وسیله‌ای ساخت که به کمک آن می‌توانست سوخت را با فشار ، درون هوای متراکم بسیار گرم داخل استوانه کند. با این کار دیزل پس پنج سال کار مداوم ، موفق به ساختن نوعی موتور شد که انرژی خود را بر اساس سوختن مواد سوختی ، بدون احتیاج به جرقه‌ی الکتریکی ، تأمین می‌کرد. این نوع موتور به افتخار دیزل ، موتور دیزلی نامیده شد. برای مطالعه‌ی چگونگی کار این موتورها ، استوانه‌ی یک موتور انفجاری را در نظر بگیرید که در موقع بالا آمدن پیستون کاهش حجم مخلوط گاز به جای 6/1 بتواند به 16/1 حجم اولیه برسد. در این عمل دمای هوا در اثر تراکم آن اندازه افزایش می‌یابد که اگر سوختی درون آن پاشیده شود، بدون وجود جرقه عمل احتراق صورت می‌گیرد و بر سطح پیستون نیروی فوق العاده زیاد اثر می‌کند.