makina

Makina

Makina edo motorra mekanikan, gorputz baten mugimendua aldatzeko edo gelditzeko aukera ematen duen guztia da… Oro har, honako hauek hartzen dira makina bakuntzat: palanka, gurpila, polea, ziria, plano inklinatua, torlojua, tornua eta engranajea. Motorrak edo makina konposatuak, berriz, kontaezinak dira…

Makinak gure edozein jarduera modu errazagoan egiteko erabiltzen ditugun objektuak dira.
Makinek modu askotan laguntzen digute. Adibidez, guraizeekin papera erraz eta azkar mozten dugu. Telefonoari esker, momentuan komunikatzen gara munduko beste leku batean dagoen norbaitekin.
Orokorrean, makinei esker, indarra eta denbora aurrezten ditugu.
Makina lan bat egiteko erabiltzen den osagai edo tresna multzo egituratu bat da, horretarako energia baliatzen duena. Makina bateko osagaiak mekanikoak, pneumatikoak, hidraulikoak, elektrikoak nahiz elektronikoak izan daitezke. Makinak finkoak (tornua, esaterako) zein mugikorrak (lokomotorra eta bizikleta, adibidez) izan daitezke.
Oinarrizko sailkapen baten arabera, makinak bakunak (atal finko batzuei lotutako gorputz trinko bakarrekoak: palanka, tornua, etab.) eta konposatuak (makina bakunez osatuak: transfer makinak, etab.) izan daitezke.
Makina tresna bat da, eta, ekintza jakin bat egiteko, energia erabiltzen duen zati bat edo gehiago du. Makinak, normalean, baliabide mekanikoz, kimikoz, termikoz edo elektrikoz elikatzen dira, eta, askotan, motordunak izaten dira. Historikoki, tresna elektriko batek atal mugikorrak ere behar ditu makina gisa sailkatu ahal izateko. Hala ere, elektronikaren etorrerak ekarri du tresna elektrikoak garatzea mugimenduan dauden elementutzat jotzen diren atalik izan gabe^[1].
Makina sinplea indar baten norabidea edo magnitudea transformatzen duen gailua da, baina badaude makina konplexuago asko ere, adibidez, ibilgailuak, sistema elektronikoak, makina molekularrak, ordenagailuak, telebistak, irrati-ekipoak, eta abar.
Makina hitza latinezko machina hitzetik dator, zeina, halaber, grezieratik datorren: (dorieraz μαχανά makhana, jonieraz μαχανά makmakhana (artefaktua, makina, motorra) eta hura, berriz, μῆχος mekhos (baliabidea, espedientea, erremedioa) hitzetik^[1][2][3].
XVII. mendean, hitzak ekintzaren bat egiteko plana ere adieraz zezakeen, orain trikimailu hitzak adierazten duen esanahia. Terminoaren esanahi modernoa garatu zen antzerki isabeldarrean eta setio militarreko makinetan erabiltzen zen tramoia mekanikoaren etapan modu espezializatuan aplikatu ondoren, bai XVI. mendearen amaieran, bai XVII. mendearen hasieran.
Oxford English Dictionaryk (OED) terminoaren esanahi modernoaren jatorria Technicum lexikotik (John Harris, 1704) abiatzen du, eta definizio hau ematen du:
Ingelesezko «engine» hitza (Harrisen garaitik gertuko sinonimotzat erabiltzen dena), azken batean (frantses zaharraren bidez), «ingenium» latinezko hitzetik dator, baita euskarazko «ingeniari»^[4] hitza ere.
Beharbada, gizakiak bere indarra aprobetxatzeko diseinatutako gailu baten lehen adibidea aizkora da, ziri bat egiteko suharrizko piezak ezpalduz egina. Ziria makina sinple bat da, erremintaren desplazamendu axialetik abiatuta zeharkako banantze-indarra lortzeko aukera ematen duena.
Makina sinple baten ideia Arkimedes ingeniari eta matematikari greziarrarekin sortu zen K.a. III. mendean, makina sinpleak aztertu zituenean: palanka, polea eta torlojua. Palankaren abantaila mekanikoaren hastapena aurkitu zuen^[5].​ Geroagoko, filosofo greziarrek bost makina sinple klasikoak definitu zituzten (plano inklinatua izan ezik), eta haien abantaila mekanikoa, gutxi gorabehera, kalkulatzeko gai izan ziren^[6]. Heron Alexandriakoak bere Mechanica liburuan, bost mekanismo aipatzen ditu, zeinak mugimenduan dagoen karga bat ezar dezaketen: palanka, txigrea, polea, ziria eta torlojua. Haien fabrikazioa eta erabilerak deskribatzen ditu^[7][8]. Hala ere, greziarren ulermena estatikara mugatzen zen (indarren oreka), eta ez zuen dinamika (indarraren eta distantziaren arteko oreka) edo lan kontzeptua kontuan hartu.
Beste lau makina sinpleak antzinako Ekialde Hurbilean asmatu zituzten^[9].​ Gurpila, gurpil eta ardatz mekanismoarekin batera, Mesopotamian (egungo Irak) asmatu zen K.a. 5. milurtekoan^[10].​ Palanka-mekanismoa duela 5.000 urte inguru agertu zen lehen aldiz, Ekialde Hurbilean^[11]. Balantza sinple batean eta objektu handiak mugitzeko erabiltzen zen Antzinako Egiptoko teknologian^[12]. Palanka ura altxatzeko gailuan (zikoina) ere erabili zen, K.a. 3.000. urte inguruan^[11], Mesopotamian agertu zen lehen garabi-makina eta, gero, antzinako egiptoar teknologian, K.a. 2000^[13]. urte inguruan.​ Poleen lehen aztarnak Mesopotamian aurkitu ziren, K.a. 2. milurtekoaren hasieran^[14], eta antzinako Egipton, Egiptoko XII. dinastian. (K.a. 1991-1802)^[15].​ Potentzia-torlojuaren azkoina izan zen asmatutako azken makina bakuna^[16], lehen aldiz Mesopotamian agertu baitzen K.a. neoasiriar aldian (911-609)^[14]. Egiptoko piramideak sortzeko sei makina sinpleetatik hiru erabiliz eraiki ziren: plano inklinatua, ziria eta palanka, hala nola Gizako piramide handia^[17].
Pizkunde garaian, potentzia mekanikoen dinamika (makina sinpleei hala deitzen baitzitzaien) egin zezaketen lan erabilgarriaren ikuspegitik aztertzen hasi ziren, eta horrek, azkenean, lan mekanikoaren kontzeptu berrira eraman zuen. 1586an, Simon Stevin ingeniari flandiarrak plano inklinatuaren abantaila mekanikoa ondorioztatu zuen, eta beste makina sinpleekin sartu zen. Makina sinpleen teoria dinamiko osoa Galileo Galilei zientzialari italiarrak landu zuen 1600. urtean, Le Meccanichen (Mekanikari buruz)^[18][19].​​ Lehena izan zen ulertzen makina sinpleek ez dutela energiarik sortzen, transformatu baino ez dutela egiten^[18].
Leonardo da Vincik (1452-1519) aurkitu zituen makinetako irristatze-marruskaduraren arau klasikoak, baina argitaragabe geratu ziren bere koadernoetan. Guillaume Amontonsons-ek (1699) berraurkitu zituen, eta, ondoren, Charles-Augustin de Coulomb-ek (1785) garatu zituen^[20].
Makina guztiek energia erabiltzen dute; zenbait iturritatik lortutako energia izaten da.
Makina batzuek pertsonek eragindako energiari esker funtzionatzen dute; esaterako, bihurkinek eta orgatilek.
Beste batzuek, berriz, beste energia-iturri batzuekin funtzionatzen dute. Erabilienak energia elektrikoa eta erregaien energia dira. Beste iturri batzuk ere erabiltzen dira, hala nola urarena eta haizearena —adibidez, errotetan—.
Erreminta deritzegu lanbide batean lanerako erabiltzen diren makinei. Oso sinpleak izan daitezke, hala nola guraizeak, edota oso konplexuak, hala nola ordenagailuak eta Hondeamakinak.
Makina sinpleak pieza batez edo gutxi batzuez osatuta daude. Makina horiek pertsonen energiari esker funtzionatzen dute, eta egiten dugun indarra aldatzen dute, gure lana errazteko. Makina sinple ohikoenak polea, plano inklinatua eta palanka dira.
Makina bat elementu mugikor sinpletan deskonposa daitekeelako ideiak bultzatuta, Arkimedesek palanka, polea eta torlojua makina sinple gisa definitu zituen. Pizkundearen garaian, zerrenda hori handitu egin zen, gurpila eta ardatza, ziria eta plano inklinatua barne hartzeraino. Makinak karakterizatzeko ikuspegi modernoa, hala, mugimendua ahalbidetzen duten osagaietan oinarritzen da, artikulazioetan, alegia.
Ziria (aizkora): Beharbada, potentzia kudeatzeko diseinatutako gailu baten lehen adibidea da aizkora, aurpegibiko ere deitua. Aizkora egiteko, harria —normalean, suharria— ezpaltzen da, bi aurpegiko sorbatz edo ziri bat egiteko. Ziria makina sinple bat da, tresnaren albo-indarra eta mugimendua piezaren zeharkako zatiketaren indar eta mugimendu bihurtzen dituena. Potentzia erabilgarria tresna erabiltzen duen pertsonaren esfortzuak mugatzen du, baina, potentzia indarraren eta mugimenduaren emaitza denez, ziriak indarra anplifikatzen du, mugimendua murriztuz. Anplifikazio edo abantaila mekaniko hori sarrerako abiaduraren eta irteerakoaren arteko erlazioa da. Ziriaren kasuan, 1/tanα da, non α puntaren angelua den. Ziriaren aurpegiak lerro zuzen gisa modelatzen dira juntura irristakor edo prismatikoa osatzeko.
Palanka: Palanka potentzia kudeatzeko beste gailu garrantzitsu eta sinplea bat da. Berme-puntu batean pibotatzen duen gorputz bat da. Pibotetik urrun dagoen puntu baten abiadura pibotetik hurbil dagoen puntu batena baino handiagoa denez, pibotetik urrun aplikatutako indarrak pibotetik hurbil anplifikatzen dira hari lotutako abiadura-murrizketaren ondorioz. Baldin eta a bada pibotetik sarrera-indarra aplikatzen den punturainoko distantzia eta b irteera-indarra aplikatzen den punturainoko distantzia, orduan a/b da palankaren abantaila mekanikoa. Palanka baten euste-puntua artikulatutako edo iraulitako artikulazio gisa modelatzen da.
Gurpila: Gurpila makina primitibo garrantzitsua da, gurdia bezala. Gurpil batek palankaren legea erabiltzen du karga bati tira egitean marruskadura gainditzeko behar den indarra murrizteko. Hori ikusteko, kontuan izan lurrean dagoen karga batetik tira egitean lotutako marruskadura eta gurpil baten ardatzean kargari eusten dion kojinete sinple batena gutxi gorabehera bera dela. Hala ere, gurpilak palanka bat osatzen du, trakzio-indarra handiagotzen duena kojinetearen marruskadura-erresistentzia gaindi dezan.
Franz Reuleauxek egin zuen makina sinpleen sailkapena, makina berriak diseinatzeko estrategia bat izan zedin^[22]. Oinarrizko 800 makina baino gehiago bildu, eta aztertu zituen. Ikusi zuen makina klasiko sinpleak bildu daitezkeela gontz baten inguruan biratzen den gorputz batez osatutakoak (palanka, polea, gurpila eta ardatza) gainazal lau baten gainean irristatzen den blokearekin (plano inklinatua, ziria eta torlojua)^[23].
Makina sinpleak kate zinematikoaren edo akoplamendu mekanikoaren oinarrizko adibideak dira, eta lurrun-makinatik roboten manipulatzaileetara doazen sistema mekanikoak modelatzeko erabiltzen dira. Palanka baten bermapuntua osatzen duten eta gurpila, ardatza eta poleak biratzea ahalbidetzen duten kojineteak artikulazio artikulatua izeneko pare zinematiko baten adibideak dira. Era berean, plano inklinatu baten gainazal laua eta ezpala artikulazio irristakorra izeneko pare zinematikoaren adibide dira. Torlojua artikulazio helikoidal izeneko berezko pare zinematiko gisa identifikatu ohi da.
Errealizazio horrek erakusten du artikulazioak direla, edo mugimendua ematen dioten konexioak, makina baten elementu nagusiak. Lau artikulazio-mota abiapuntu hartuta: artikulazio birakaria, artikulazio irristakorra, espeka-artikulazioa eta engranaje-artikulazioa eta horiekin erlazionatutako loturak, hala nola kableak eta uhalak, makina bat uler daiteke artikulazio horiek konektatzen dituzten pieza solidoen multzo gisa, mekanismo deritzona^[24].
Sistema mekaniko baten mekanismoa makinaren elementu izeneko osagaiez osatuta dago. Elementu horiek sistema egituratzen dute, eta haren mugimendua kontrolatzen dute.
Egitura-osagaiak, oro har, hauek dira: txasisaren atalak, kojineteak, ildaskak, malgukiak, junturak, itxiturak eta estalkiak. Estalkien formak, ehundurak eta gainazalaren koloreak (diseinua) bitarteko bat ematen dute sistema mekanikoaren eta erabiltzaileen arteko elkarrekintzarako.
Mugimendua kontrolatzen duten multzoei ere mekanismo esaten zaie^[25][24].​​ Mekanismoak, oro har, engranaje eta engranaje-tren gisa sailkatzen dira, abiadura handitu edo murrizteko. Horien artean daude: uhal bidezko transmisioa eta kate bidezko transmisioa, espekak eta horien segimendu- eta lotura-mekanismoak, baina badira, halaber, beste mekanismo berezi batzuk, hala nola euste-loturak, urratsez urratseko mekanismoak, ihesak eta marruskadura-gailuak, esaterako, balaztak eta enbrageak.
Mekanismo baten askatasun-graduen kopurua, edo haren mugikortasuna, kate-mailen eta artikulazioen kopuruaren eta mekanismo hori eraikitzeko erabilitako artikulazio-moten araberakoa da. Mekanismo baten mugikortasun orokorra da katebegien murrizketarik gabeko askatasunaren eta artikulazioek ezarritako murrizketen arteko aldea. Chebychev-Grübler-Kutzbachen irizpidearen bidez deskribatzen da.
Gurpil horzdunen arteko errotazioaren transmisioa Greziako Antiziterako mekanismotik eta Txinako puntako gurditik dator. Georgius Agricola zientzialari errenazentistaren ilustrazioek hortz zilindrikoak dituzten engranaje-trenak erakusten dituzte. Hortz inbolutiboaren inplementazioak engranaje-diseinu estandar bat ekarri zuen, abiadura konstanteko erlazio bat ematen duena. Engranajeen eta engranaje-trenen ezaugarri garrantzitsu batzuk hauek dira:
Espeka eta jarraitzaile mekanismo bat forma bereziko bi katebegiren zuzeneko kontaktuaz osatuta dago. Maila eragileari espeka deritzo (ikus, halaber, espeka-ardatza), eta gainazalak zuzenean ukituz eragiten den kate-mailari, berriz, jarraitzaile. Espeka eta jarraitzailearen ukipen-gainazalen formak mekanismoaren mugimendua zehazten du.
Katebegi mekanikoa juntagaiez lotzen diren katebegi multzoa da. Normalean, katebegiak egitura-elementuak dira eta juntagaiak mugimendua ahalbidetzen dute. Agian adibiderik erabilgarriena lau barrako mekanismo laua da. Hala ere, katebegi berezi gehiago daude:
Mekanismo planarra sistema mekaniko bat da, zeinetan mugatuta dagoen sistemako gorputz guztien puntuen bideak lurreko planoarekiko paralelo diren planoetan egon daitezen. Sistemaren gorputzak lotzen dituzten artikulazioen errotazio-ardatzak perpendikularrak dira lurreko plano horrekiko.
Mekanismo esferikoa sistema mekaniko bat da, zeinetan gorputzak sistemaren puntuen ibilbideak esfera zentrokideetan kokatzen diren moduan mugitzen diren. Sistemaren gorputzak lotzen dituzten artikulazioen biraketa-ardatzak esfera horien erditik pasatzen dira.
Mekanismo espaziala gutxienez gorputz bat mugitzen den sistema mekaniko bat da, bere puntu-ibilbideak kurba espazial orokorrak izan daitezen. Sistemaren gorputzak lotzen dituzten artikulazioen biraketa ardatzek lerroak osatzen dituzte espazioan, zeinak ez diren gurutzatzen eta normal komun desberdinak dituzten.
Tolestura-mekanismoa gorputz zurrunez osatuta dago, bat datozen osagaiez lotuta (juntagai tolestu gisa ere ezagutzen direnak) zeina diseinatuta dagoen indar bat aplikatzean geometrikoki ondo definitutako mugimendua sortzeko.
Kontrolagailuek sentsoreak, logika eta eragingailuak konbinatzen dituzte makina baten osagaien errendimendua mantentzeko. Agian, ezagunena lurrun-makina baten aire-bola erregulatzailea da. Gailu horien adibideak doaz ura hozteko balbula irekitzen duen termostato batetik (tenperatura igotzen denean), abiadura erregulatzaileetaraino (kotxe bateko abiadura kontrolatzeko sistema). Kontrolagailu logiko programagarriak (PLC) ordenagailu programagarri batekin ordezkatu zituen errele eta kontrol-mekanismo espezializatuak. Agindu elektriko bati erantzunez ardatz bat zehazki kokatzen duten serbomotorrak dira sistema robotikoak posible egiten dituzten eragingailuak.
Charles Babbagek logaritmoen taulak eta beste funtzio batzuk egiteko makinak diseinatu zituen 1837an. Bere «Difference Engine» kalkulagailu mekaniko aurreratutzat har daiteke, eta bere «Analytical Engine» (kalkulagailu analitikoa), ordenagailu modernoaren aitzindaritzat; nahiz eta diseinu handienetik, bat bera ere ez zen Babbage bizi zelarik osatu.
Aritmometroa eta Konptometroa ordenagailu mekanikoak dira, ordenagailu digital modernoen aitzindariak. Ordenagailu modernoak aztertzeko erabiltzen diren ereduei, «State Machine» eta «Turing Machine» deritze.
Industria Iraultza 1750etik 1850era bitarteko aldia da; nekazaritzan, manufakturan, meatzaritzan, garraioan eta teknologian izandako aldaketek eragin handia izan zuten garaiko baldintza sozial, ekonomiko eta kulturaletan. Erresuma Batuan hasi zen, eta, ondoren, Mendebaldeko Europan, Ipar Amerikan, Japonian eta, azkenean, mundu osoan hedatu zen.
XVIII. mendearen amaieran hasita, Britainia Handian trantsizio bat hasi zen animalien indarraren menpeko lan-ekonomiatik makinetan oinarritutako fabrikaziora. Dena ehungintzaren mekanizatzearekin, altzairugintzaren garapenarekin eta ikatz finduaren erabilera areagotzearekin hasi zen.
Mekanizatzeak dakar giza-eragileei lanaren muskulu-eskakizunei laguntzen dien makineriaz hornitzea, edota muskulu-lana bera ordezkatzea. Arlo batzuetan, mekanizatzeak eskuko erremintak erabiltzea barne hartzen du. Erabilera modernoan (ingeniaritzan edo ekonomian esaterako), mekanizatzeak eskuko erremintak baino makineria konplexuagoa dakar, eta ez luke animalien trakzioa gisako elementu sinpleak barne hartuko. Abiadura-aldaketak lineal, aldakor edo biraketa-aldaketak eragiten dituzten gailuak bitarteko gisa erabiliz, hala nola engranajeak, poleak eta uhalak, ardatzak, espekak eta biradera, normalean, makinatzat hartzen dira. Elektrifikazioaren ondoren, mekanizatzea motordun makinen aplikazioaren sinonimo bihurtu da^[26].
Ondasunak eta zerbitzuak ekoizteko, automatizazioan datza kontrol-sistemak eta informazio-teknologiak erabiltzea giza-lanaren beharra murrizteko. Industrializazioaren arloan, automatizazioa mekanizatzetik haragoko urratsa da. Mekanizatzeak, giza-operadoreei laneko muskulu-eskakizunei laguntzeko makineria eskaintzen dien arren, automatizazioak asko murrizten ditu giza eskakizun sentsorial eta mentalen beharra, eta gero eta garrantzi handiagoa du ekonomia globalean eta eguneroko esperientzian.
Makina konposatuak elementu askoz osatuta daude. Elementu horiei eragile deritze. Adibidez, bizikleta.
Makina askotan, badira beste eragile batzuk ere; motorrak, elektrikoak nahiz erregaiekin funtzionatzen dutenak; eta engranajeak, motorrari mugimendua transmititzen dioten gurpil horzdunen multzoak.

Wikipediarekin konexio arazoren bat gertatu da: