מכונה

**מכונה** היא התקן המְבַצֵע עבודות לאדם. באופן מדויק יותר, מכונה היא התקן מורכב שצורך, מעביר או משנה אנרגיה על מנת לבצע משימה או עבודה מסוימת. בדרך כלל, מכונות דורשות מקור אנרגיה חיצוני כדי לבצע עבודות.

במובן הקלאסי מכונה היא מערכת מוחשית, כלומר, מורכבת מחומר וניתן לגעת בה אשר מקבלת קלט, מעבדת אותו לפי המבנה שלה, ומחזירה בהתאם לכך פלט, אך ניתן לשוח גם על תוכנה מורכבת כ"מכונה וירטואלית" (אם כי למונח זה שימושים שונים).

ממוזער|300px|אולם ייצור ובו מגוון מכונות, רצועות תמסורת, גלגלי שיניים, מיכון כבד וכלי עבודה – כל המכונות באולם זה מופעלות על ידי מנוע אחד בלבד

## מאפיינים
בני האדם השתמשו במכונות משחר ההיסטוריה על מנת להגביר את יכולותיהם. למעשה, ניתן לראות בכלי העבודה ובכלי הנשק הפשוטים סוג של מכונות פרימיטיביות. כיום מקובל להגדיר מכונה כהתקן מורכב, שבנוי ממספר חלקים, כך שכלי עבודה פשוטים אינם נחשבים בגדר מכונות. המכונות הראשונות עוצבו על מנת לתעל בצורה טובה את כוחו של האדם. מכונות מתקדמות יותר השתמשו בחוקים פיזיקליים פשוטים של המכניקה כדי להפחית את הכוח הדרוש כדי לבצע פעולה מסוימת. מכונות מסוג אלה כוללת את המנוף – המשתמש בעקרון שימור המומנט (מומנט = כוח כפול אורך זרוע ההנפה), הגלגלת, הגלגל וגלגלי השיניים ועוד. מכונות אחרות התבססו על אגירה אטית של אנרגיה (בדרך כלל אנרגיה אלסטית) ושחרורה בפתאומיות. זהו עקרון הפעולה של הקשת, אחד מכלי הנשק המורכבים ("מכונות") הקדומים בהיסטוריה האנושית.

גם היום זהו אחד המאפיינים של המכונה: שימוש בחוקי הפיזיקה (ובפרט המכניקה, ההידרודינמיקה או האלקטרומגנטיות) כדי לאפשר ביצוע עבודה הדורשת כוח רב, למשך פרקי זמן ממושכים. למשל: המנופים הומצאו כדי להרים משאות כבדים שאדם רגיל (ואפילו תריסר) אינם יכולים להרים. יתרה מזו, מנוף יכול להחזיק משא באוויר לפרקי זמן כמעט בלתי מוגבלים, בעוד שהאדם מתעייף על נקלה ונאלץ לשמוט את המשא.

**היתרון המכני** (Mechanical Advantage) של מכונה פשוטה הוא היחס בין הכוח שהמכונה מפעילה על המטרה לבין הכוח שמפעיל הספק על המכונה כדי לבצע את הפעולה. לדוגמה: במנוף פשוט, אם ידית ההנפה הארוכה היא באורך A וידית ההנפה הקצרה היא באורך B אזי היתרון המכני הוא A/B . נתון זה אינו מתאר באופן מלא את הביצועים והתפוקה של המכונה, שכן נדרש כוח נוסף כדי להתגבר על החיכוך. **היעילות המכנית** (Mechanical Efficiency) של מכונה הוא היחס בין היתרון המכני בפועל (AMA) ליתרון המכני האידיאלי (IMA). במכונות פיזיקליות בעולמנו יחס זה תמיד קטן מ-1 (כלומר: היעילות תמיד קטנה מ-100%). הסיבה לכך היא החוק השני של התרמודינמיקה.

## התפתחות המכונה המודרנית
### שכלולים הנדסיים
[ממוזער|200px|שרטוט של '''[טרבושה**, [[כלי מצור]] ששימש ליידוי אבנים והופעל בכוח כתריסר חיילים]]
ב[[העת העתיקה|עת העתיקה]] וב[[ימי הביניים]] נבנו מכונות מורכבות וגדולות, שהורכבו בעיקר ממנופים, גלגלות, חבלים ומערכי גלגלים. הללו הונעו או בכוח אנשים רבים (למשל: [[טרבושה]], סוג של [[מרגמה]] עתיקה, הייתה מעין מנוף שיידה אבנים גדולות, והפעילו אותו כתריסר איש שמשכו בכל כוחם בחבל המחובר לידית ההנפה. [[כלי מצור]] רבים הם דוגמה מצוינת למכונות כאלה) או בכוח בעלי חיים (למשל: גלגל [[אבן רחיים]]). מכונות אחרות, בעיקר כאלה המבוססות על [[טורבינה|טורבינות]] וגלגלי כפות הונעו על ידי ה[[זרם מים|זרם]] ב[[נהר]]ות או על ידי [[אנרגיית הרוח]]. אלו היו מקורות האנרגיה הנפוצים שהניעו [[טחנת רוח|טחנות רוח]].

ב[[ימי הביניים המאוחרים]] וימי ה[[רנסאנס]] החל להיות רווח השימוש במכונות המופעלות על ידי [[קפיץ]]. למעשה, מדובר במכונות שאוגרות אנרגיה מכנית על ידי מתיחת הקפיץ ואז משחררות אותה באיטיות כדי ליצור [[תנועה (פיזיקה)|תנועה]] לפרק זמן מסוים. מכונות אלה היה צריך למתוח מחדש מדי זמן מה. דוגמה למכונות כאלה הם ה[[שעון|שעונים]] שהופעלו על ידי מערכות של גלגלי שיניים והותקנו לרוב בראש [[מגדל שעון|מגדל]] בכיכר המרכזית.

האמן האיטלקי [[לאונרדו דה וינצ'י]] היה מגדולי ה[[מהנדס]]ים של תקופתו, ותכנון עשרות מכונות מתקדמות שהקדימו את זמנן, אך רובן הונעו בידי בני אדם, בעלי חיים או מערכות של גלגלים וקפיצים.

=== המצאת המנוע ===

ההתפתחות המשמעותית בתחום המכונות הייתה המצאת המכונה הממונעת, כלומר: מכונה שמונעת על ידי [[מנוע]] ולא על ידי בעלי חיים, בני אדם או איתני הטבע ([[רוח]], [[מפל מים]] וכו'). **מנוע** (**Engine**) הוא התקן הממיר [[חום (פיזיקה)|חום]] ל[[אנרגיה קינטית|אנרגיה מכנית]], כלומר: התקן המפיק מ[[אנרגיה]] [[עבודה (פיזיקה)|עבודה]] מכנית (תנועה של בוכנה, סיבוב של גלגל וכו'). ישנן מכונות שכל תפקידן הוא לחמם או לקרר, אלה נקראות "מנועי חום" או "[[מקרר]]ים". התאוריה ה[[פיזיקה|פיזיקלית]] של המנועים נחקרה במסגרת ה**תרמודינמיקה**. מדע זה פותח באופן אמפירי עד [[המאה ה-19]], אז הציעו [[לודוויג בולצמן]], [[אלברט איינשטיין]] ו[[וילארד גיבס]] [[מכניקה סטטיסטית|מודל אטומיסטי ותאוריה]] המסבירים את תופעות התרמודינמיקה.

[[קובץ:Steam_Locomotive.jpg|שמאל|ממוזער|300px|[[קטר (רכבת)|קטר]] קיטור צרפתי מתחילת המאה ה-20. הרכבת הייתה כלי תחבורה מרכזי במאה ה-19 וסייעה להתפתחות המהירה של המערב.]]
המנועים הראשונים היו [[מנוע קיטור|מנועי קיטור]]. היכולת לרתום את אנרגיית הקיטור אפשרה לבצע עבודות בקנה מידה שלא נראה עוד בעבר וחוללה את [[המהפכה התעשייתית]]. המצאה זו שינתה את ה[[היסטוריה]] מאחר שהיא הולידה את כלי התחבורה היבשתי הראשון שאפשר ניידות ומהירות הגעה למרחקים ארוכים – ה[[רכבת]]. המצאת הרכבת שינתה את פני [[אירופה]] והייתה אחד הגורמים המשמעותיים בפיתוח המהיר שלה ושל [[אמריקה]] ב[[המאה ה-19|מאה ה-19]]. בתקופה זו פותחו גם ספינות הקיטור.

בתחילת [[המאה ה-20]] חלה התפתחות נוספת: המצאת [[מנוע בעירה פנימית]] שאפשרה את המצאת ה[[מכונית]] (Automobile) – כלי רכב שנע על גבי גלגלים עם [[צמיג]]י [[גומי]] ופתח עידן חדש של ניידות יבשתית. עד מהרה הפכה המכונית לכלי תחבורה ועבודה מרכזי בחיי היום יום. לצד המכונית התפתח ה[[טרקטור]] – כלי רכב שנע על גבי [[מזקו"ם|זחלים]] ושימש ל[[עבודות עפר]] ו[[חקלאות|עבודות חקלאיות]]. השילוב של הטרקטור יחד עם [[הידראוליקה|ההנדסה ההידראולית]] הוליד את ה[[דחפור]] ומגוון כלים של [[ציוד מכני הנדסי]] שאפשרו [[בנייה]] ועבודות עפר בהיקף וקצב שעוד לא נראה כמותו. יחד עם בנייה של [[עגורן|עגורנים]] ו[[מנוף (כלי)|מנופי ענק]] החלה בנייה חסרת תקדים, שאפשרה עוד התקדמות טכנולוגית.

[[מלחמת העולם הראשונה]] היוותה אף היא זרז טכנולוגי אדיר ובה הומצאו או שוכללו [[מקלע|מכונת הירייה]], ה[[צוללת]], ה[[טנק]], ה[[מטוס]] ומכשירי ה[[רדיו]]. הייצור ההמוני של מכונות מלחמה אלה, בנוסף לדרישה עצומה להספקה של ציוד כגון [[מזון]] ו[[תחמושת]] הוביל לשכלולים גדולים ב[[פס ייצור|פסי הייצור]] והגברת ה[[מיכון]] של ה[[תעשייה]].

=== אוטומטיזציה של המכונה ===

בסוף [[המאה ה-19]] התפתח המיכון האוטומטי והמצאת [[פס ייצור|הסרט הנע]]. [[בית חרושת|בתי החרושת]] כללו מכונות ענק שביצעו באופן אוטומטי ומחזורי פעולות מוגדרות, כאשר המוצר בשלביו השונים נע לאורך מסוע בין המכונות השונות. מגמה זו גברה ב[[המאה ה-20|מאה ה-20]] בתקופת [[מלחמת העולם הראשונה]] (ואחר כך בתקופת [[מלחמת העולם השנייה]]) כאשר המעצמות הלוחמות נזקקו לכמויות עצומות של [[אמצעי לחימה]], [[תחמושת]], [[כלי רכב]] ואספקה. מיכון זה של פס הייצור והחלפת מאות פועלים במכונות ענק העושות את עבודתם גרם ל[[אבטלה טכנולוגית|אבטלה]] רבה עד שהמשק והחברה הסתגלו לשינויים אלה.

[[קובץ:Integrated circuit on microchip.jpg|ממוזער|200px|מעגל משולב, חלק ממהפכת האלקטרוניקה]]

ב[[המאה ה-20|מאה ה-20]] עברו רוב המכונות תהליך של [[אוטומציה (כללי)|אוטומטיזציה]] והפכו לנפוצות יותר ויותר, גם בקרב משקים פרטיים (לדוגמה: [[מכונת כביסה]], [[מדיח כלים]], [[פקס]], מכשירי [[אלקטרוניקה]]). בשנים אלה חדרו המכונות גם לתחום ה[[חקלאות]] ואפשרו הגברה נכרת בתפוקת ה[[מזון]] שייצרו חקלאי [[מדינות המערב]]. למעשה, המכונות ייעלו כל כך את העבודה החקלאית, כך שכיום ([[2005]]) למרות שרק 1% מכוח העבודה ב[[ארצות הברית]] עוסק בחקלאות, ארצות הברית מצליחה לספק את כל צורכי המזון של אוכלוסייתה ואף לייצר עודפי מזון. 

ההתקדמות המשמעותית בתחום האוטומציה באה בעקבות [[מלחמת העולם השנייה]], אז פותחו ה[[מחשב]]ים הראשונים. המצאת המחשב הייתה הפתח לבניית מכונות הניתנות ל[[תכנות]], או [[רובוט]]ים, דבר המשפר את יעילות המכונה ואת מגוון היכולות שלה. התפתחות חשובה נוספת הייתה המצאת ה[[טרנזיסטור]], שאפשרה מזעור ניכר ב[[אלקטרוניקה]] והתרחבות התחום של מכונות ממוחשבות ורובוטים (בולטת בתחום זה היא [[יפן]]). בעקבות המצאות אלה ושכלולן, חדרו המכונות ליותר ויותר תעשיות ונהפכו אף למוצרים נוספים במשקי הבית הפרטיים. [[מכשירי חשמל ביתיים|מכשירי חשמל]] ואלקטרוניקה נמכרו לקהל הרחב במחירים שווים לכל נפש, והפכו את [[העולם המערבי]] למלא במכונות עם אלקטרוניקה כמעט בכל מקום. מגמה זו גברה עוד יותר ב[[שנות ה-90 של המאה ה-20]] עם ההתפתחות הגדולה ב[[מחשב אישי|מחשבים הביתיים]] והגידול העצום בכמות המחשבים המחוברים ל[[אינטרנט]].

ב[[המאה ה-21|מאה ה-21]] החלה מגמה לשלב בכל מכונה או [[מכשיר חשמלי]] [[שבב|שבב מחשב]]/[[מעבד]] על מנת לשפר את ביצועיה, יעילותה ואת מגוון היכולות שהיא יכולה לעשות. כעת מתכננים מכשירים שיוכלו להתממשק עם [[מחשב כף יד|מחשבי כף יד]] או [[טלפון סלולרי]] שימצאו ברשות המשתמש הביתי וכך יקלו על הפעלת המכונות, העברת מידע ביניהן והתקשורת.

כיום, רוב העבודות היצרניות בעולם נעשות באמצעות מכונות. חלקן נעשות באופן אוטומטי וחלקן נעשות על ידי בני אדם שנעזרים במכונות. כתוצאה מהשימוש ההולך וגובר במכונות, עלה וגבר הביקוש ל[[דלק]], בייחוד [[נפט]]. השימוש בשריפת דלק להפקת אנרגיה גרם ל[[זיהום הסביבה|זיהום סביבתי]] שהגיע לשיאו ב[[שנות ה-80 של המאה ה-20]]. בשנות ה-90 התפתחה מודעות לכך והחלו מאמצים בהקטנת הזיהום שמייצרת התעשייה ומציאת אלטרנטיבות ירוקות להפקת האנרגיה והמכונות של היום (למשל: [[מכונית ירוקה]]). למרות מאמצים אלו, ארגוני [[איכות הסביבה]] הביעו חשש שהמיכון הגובר יביא לדילול משאבי כדור הארץ ופגיעה בלתי הפיכה בסביבה, שתיצור נזק בלתי הפיך לדורות הבאים.

== רשימת מכונות ==
=== מכונות מכניות בסיסיות ===

[[קובץ:Gears_animation.gif|ממוזער|150px|גלגלי שיניים מסתובבים]]
שש [[מכונה פשוטה|המכונות הפשוטות]]:
*[[גלגלת]]
*[[מישור משופע]]
*[[גלגל]]
*[[מנוף (מכניקה)|מנוף]]
*[[טריז]]
*[[בורג]]

מכונות בסיסיות נוספות:
* [[גלגל שיניים]] (Gear) וממיר-[[מומנט]]
* [[ציר (הנדסה)|ציר]]
* [[קפיץ]]
* [[שסתום]]
* [[מסב]] ו[[מסב כדורי]]
* [[גל ארכובה]]

=== [[מדחס אוויר|מדחסים]] ו[[משאבה|משאבות]] ===
* [[בורג ארכימדס]]
* [[בוכנה]]
* [[בוכנה הידראולית]]
* [[פנאומטיקה|משאבה פנאומטית]]
* [[משאבת לחץ]]
* [[משאבת ואקום]]
* [[משאבה חשמלית]]

=== מנועים ===
[[קובץ:USDA windmills.jpg|ממוזער|250px|טורבינות רוח – מכונה המפיקה [[אנרגיה חשמלית]] ([[חשמל]]) מ[[אנרגיית הרוח]]]]
* **מנועי בעירה פנימית**
** [[מנוע בנזין]]
** [[מנוע דיזל]]
** [[מנוע ארבע פעימות]]
** [[מנוע שתי פעימות]]
** [[מנוע גז]]
** [[מנוע סילון]]
** [[מנוע רקטי]]
* **מנועי בעירה חיצונית**
** [[מנוע קיטור]]
** [[מנוע סטרלינג]]
* **טורבינות**
** [[טורבינת גז]]
** [[טורבינת סילון]]
** [[טורבינת קיטור]]
** [[גלגל מים|טורבינה הידראולית]]
** [[טחנת רוח|טורבינת רוח]]
** [[גנרטור]]
* **מנוע חשמלי**
* [[מנוע קרנו]] (תאורטי)

=== שעונים ===

**שעון''' היא המכונה המשמשת למדוד את הזמן.
* כרונומטר
* שעון שמש
* שעון חול
* שעון מטוטלת
* שעון קוקייה
* שעון אטומי
* שעון קוורץ

### מכונות חישוב
* מכונת חישוב
* אניגמה
* מכונת טיורינג (תאורטית)
* מחשב
* מחשבון כיס

### מכונות נוספות
[שמאל|ממוזער|250px|[יעה אופני (ציוד מכני הנדסי)]]
שמאל|ממוזער|250px|מכונת כביסה ביתית
* מסוע, מכבש דפוס, מכונת כתיבה
* כלי רכב וכלי תחבורה באוויר, בחלל, בים וביבשה
* ציוד מכני הנדסי
* מנופים חשמליים ועגורנים
* מכונת ירייה
* אמצעי לחימה מורכבים, כגון כלי ירייה (רובה, תותח ועוד), רכב קרבי משוריין, מטוסי קרב, ספינות מלחמה ועוד.
* רקטות, טילים ולוויינים

### [[:קטגוריה:מכשירי חשמל|מכשירי חשמל]]
*ציוד ביתי
**מכונת כביסה
**מזגן
**מייבש כביסה
**שואב אבק
**מדיח כלים
**מקרר
**תנור, תנור מיקרוגל וטוסטר אובן
**מקדחה/מברגה חשמלית
**מכסחת דשא
* אלקטרוניקה ביתית
** טלוויזיה
** מקלט רדיו
** מערכת סטריאו
** פטיפון
** מחשב ביתי
* ציוד משרדי
** מכונת צילום
** מדפסת
** פקס
** מחשב
** טלפון
** טלגרף

### מכונות אוטומטיות
* רובוט
* כספומט
* טיל "שגר ושכח"
* כלי טיס בלתי מאויש (כטב"ם)

## ראו גם

* כלי עבודה
* אוטומציה
* רובוט
* המצאות

## קישורים חיצוניים
* 
* 

*
קטגוריה:הנדסת מכונות
קטגוריה:תרמודינמיקה