أنشأ البشر أدوات الإنتاج في ممارسة العمل ، وتطورت بعض أقدم الأدوات البسيطة التي اخترعت في وقت لاحق إلى آلات بسيطة ، بما في ذلك المزودات والمنحدرات والحلولبية والرافعات والبكرات.تمت مناقشة الآلات البسيطة ومبادئها الميكانيكية في كتاب مو جينغ (كتاب مو جينغ) الذي كتب في فترة الدول المتحاربة في الصين وفي أعمال أرخميدس في اليونان القديمة.
الفوائد الميكانيكية في البداية ، يستخدم الناس آلات بسيطة بشكل رئيسي لغرض الفوائد الميكانيكية ، أي قوة صغيرة للحصول على قوة كبيرة ، أو المعروفة باسم زيادة القوة.إذا كانت قوة القيادة المطبقة على الجهاز هي قوة الإدخال ، والقوة التي يتم الحصول عليها من الجهاز هي قوة الإخراج ، يتم تعريف الفائدة الميكانيكية على أنها نسبة قوة الإخراج إلى قوة الإدخال.بالإضافة إلى القدرة على تغيير حجم القوة ، يتم استخدام الآلات البسيطة في بعض الأحيان لتغيير اتجاه القوة أو موقع نقطة العمل.بالإضافة إلى ذلك ، تستخدم الآلات البسيطة في بعض الأحيان لزيادة النزوح.على سبيل المثال ، مؤشر إلى متر ، ملقط ، وما إلى ذلك ،وفي هذه الحالة تكون قوة الإدخال أكبر من قوة الإخراج.
آلات بسيطة للعمل في حالة حركة ثابتة أو منخفضة السرعة ، وتحلل مبدأ عملها ، يمكن تطبيق شروط التوازن القوة واللحظة للعلاقة بين قوة الإدخال وقوة الإخراج ، وترد هذه الآلات البسيطة في صيغة المعلمات الهندسية ، مثل زاوية إسفين الانقسام ، زاوية المنحدر وزاوية موضوع المسمار ، نقطة الرافعة لفرض مسافة نقطة ونقط قطر الأسطوانة ، إذا تم تغيير المعلمات الهندسية لآلة بسيطة وفقًا لهذه العلاقة ، فيمكن توازن قوة الإدخال الصغيرة (أو الكبيرة) مع قوة الإخراج الكبيرة (أو الصغيرة).
مبدأ العمل الميكانيكي عندما تعمل آلة بسيطة ، يمكن تقسيم حركتها إلى الترجمة والدوران.بالنسبة لهذين الشكلين المختلفين من الحركة ، يمكن استخدام طرق مختلفة لحساب العمل الذي تقوم به القوة.يتم حساب نتاج حجم القوة والمسافة التي تتحرك فيها نقطة العمل على طول اتجاه خط القوة.يتم استخدام نتاج حجم عزم الدوران وزاوية الدوران حول محور عزم الدوران لحساب الدوران.بشكل عام ، يسمى العمل الإيجابي الذي تقوم به قوة المدخلات عمل المدخلات.العمل السلبي الذي تقوم به قوة الإخراج يسمى العمل الإخراج.عندما تكون آلة بسيطة في توازن ، يكون المجموع الجبري لعمل المدخلات وعمل الإخراج صفرًا ، أو يكون عمل المدخلات وعمل الإخراج متساوين في الحجم.وهذا ما يسمى مبدأ العمل الميكانيكي .هذا يدل على أنه على الرغم من أن الآلات البسيطة يمكن أن توفر الجهد ، إلا أنها لا يمكن أن توفر العمل.قوة الإدخال صغيرة ، ولكن المسافة المتحركة لنقطة العمل كبيرة.قوة الإخراج كبيرة ، ولكن المسافة المتحركة لنقطة العمل صغيرة.ما يسمى "القانون الذهبي" للميكانيكا: "كسب بالقوة ، تخسر بالسرعة.في وقت مبكر من القرن السادس عشر ، عندما درس غاليليو توازن الأجسام الثقيلة على الطائرات المائلة ، اكتشف أن هذا هو مبدأ العمل الميكانيكي الذي تم استخلاصه من الممارسة.
يجب أن يؤخذ العمل الذي يستهلكه الاحتكاك (انظر الاحتكاك) في الاعتبار عند دراسة الآلات البسيطة مثل المنحدرات والحلولابية.ثم يتم التعبير عن مبدأ العمل الميكانيكي على أنه المجموع الجبري للعمل المستهلك من قبل عمل المدخلات وعمل الإخراج والاحتكاك هو صفر.قيمة العمل المخرج أقل من قيمة العمل المدخل.وتسمى نسبة عمل الإنتاج إلى عمل المدخلات الكفاءة الميكانيكية.مع الاحتكاك ، تكون الكفاءة الميكانيكية دائمًا أقل من 1.
تطبيق الآلات البسيطة على الرغم من أن الآلات البسيطة قديمة جدا، إلا أنها لا تزال تستخدم على نطاق واسع في مجموعة متنوعة من الآلات والأدوات الحديثة.يمكن العثور على آلات بسيطة بأشكال أو تطورات مختلفة في العديد من الآلات.أحد الأمثلة النموذجية هو جهاز التحميل الحلزوني في آلة اختبار قوة المواد ، جهاز لقط الإسفين ، جهاز التسجيل المؤلف من الرافعة والبكرة ، إلخ. تتطور المقبضات في أدوات آلة القطع المعدنية في الغالب من الرافعات ، وتتطور أجهزة اللقط في الغالب من المرافع والطائرات المائلة ، ومسامير الرصاص هي التطبيق المباشر للمركبات.وتستخدم الشطافات والحلولبية أكثر شيوعا في نقل المواد ورفع أجهزة والمعدات.هذه الأمثلة تظهر أن الآلات البسيطة هي واحدة من أسس الآلات الحديثة.
