019.1750年：耶茨磨坊中的简单机械

　　六种不同机械系统的图解，箭头指明了力的方向。

　　水车（公元前100年），机械摆钟（1670年），缝纫机（1846年），塔式起重机（1949年），氮氧加速器（1978年）

　　在机械工程中有一种概念被称为“简单机械”。通常意义上有六种简单机械：杠杆、斜面、楔子、轮轴、滑轮和螺旋。简单机械的作用是改变力的方向或达到省力的效果。例如，对于杠杆来说，较长一端移动的距离很长但施加的力会小一些，而较短一端移动的距离很短，但要施加更大的力。

　　机械工程师们经常使用简单机械达到改变力的方向和省力的目的：使用像齿轮、齿轮组、带有皮带或链条的轮子、曲柄和凸轮这类装置。他们还使用弹簧和重物储存能量，发动机和引擎增加动力，等等。

　　传统的水力磨坊就是将这些简单机械以看得见的方式有机地结合在一起的。这些磨坊在18世纪到19世纪装点着美国的乡村。北卡罗莱纳州的维克郡曾一度有70座这样的磨坊，其中最早的一座（耶茨磨坊，Yates Mill）1750年开始工作，今天仍作为一座博物馆对外开放。

　　这些磨坊使用旋转的磨石将谷物磨成面粉。带有轮子的货车抵达磨坊后，会使用像斜坡一样的东西卸载谷物。滑轮和绳子会将货车上的谷物卸下，并吊到漏斗中。流水作为磨坊的动力，被竖直的上凸式水轮转化为转动能。水轮的转动轴带动着一个大号齿轮转动，大齿轮还连有小一些的齿轮。木齿轮会将转动力由水平方向转变为竖直方向，并增加竖直轴的转速。

　　由其中一个转动轴延伸出的皮带系统会为其他装置提供动力，如阿基米德螺杆或传送带。一个曲柄机构或凸轮机构可以辅助产生前后运动，用于清理谷物或过滤面粉。

　　今天人们所能看到的所有由工程师制造的机械：汽车发动机、缝纫机、钟表等，它们同样是由以无数种方式翻来覆去应用的基本元件构成。简单机械构建了机械工程的基础。■ 工程学之书