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くさびは三角形の工具であり、持ち運び可能な傾斜面であり、6つの単純機械の1つです。2つの物体または物体の一部を分離したり、物体を持ち上げたり、物体を所定の位置に保持したりするために使用できます。くさびは、鈍端に加えられた力を、傾斜面に垂直な力（法線）に変換することによって機能します。くさびの機械的利点は、傾斜の長さと幅の比によって与えられます。[ 1 ] [ 2 ]
くさびは何千年も前から存在しています。最初は単純な石で作られていました。おそらく最初のくさびの例は手斧（オルゲサイリエも参照）で、これは一般的にフリントなどの石を削って両面刃、つまりくさびを形成することによって作られます。くさびは、工具の横方向の力と動きを、工作物の横方向の分割力と動きに変換する単純な機械です。利用可能な力は、工具を使用する人の努力によって制限されますが、力は力と動きの積であるため、くさびは動きを減らすことによって力を増幅します。この増幅、つまり機械的利点は、入力速度と出力速度の比です。くさびの場合、これは 1/tanα で与えられ、α は先端角です。くさびの面は、滑り関節またはプリズム関節を形成する直線としてモデル化されます。
楔の起源は不明である。古代エジプトの採石場では、建築に用いる石の塊を砕くために青銅製の楔が使われていた。水に浸すと膨張する木製の楔も使用されていた。アメリカ大陸の一部の先住民は、カヌーや住居、その他の物を作るために、鹿の角の楔を使って木材を割ったり加工したりしていた。
くさびは、重い物体を持ち上げ、それが置かれている表面から分離するために使用されます。[ 3 ]
くさびで持ち上げるブロックを考えてみましょう。くさびがブロックの下に滑り込むと、ブロックはくさびの傾斜面を滑り上がります。これにより、ブロックの重さF Bが持ち上げられます。ブロックを持ち上げるのに必要な水平方向の力F Aは、くさびの速度v Aとブロックの速度v Bを考慮することで求められます。くさびがエネルギーを散逸または蓄積しないと仮定すると、くさびへの入力電力は出力電力と等しくなります。
または
ブロックの速度は、くさびの側面の傾斜によってくさびの速度と関係付けられます。くさびの角度がαの場合、
つまり、機械的利点
したがって、角度αが小さいほど、持ち上げる力とくさびにかかる力の比は大きくなります。これがくさびの機械的利点です。この機械的利点の公式は、持ち上げる動作だけでなく、切断や分割作業にも適用できます。
くさびは、力の増幅と平衡を達成するために、くさびの両側の抵抗力に明示的に依存しているため、くさびの片側が発揮できる抵抗力の量が制限されている状況は、もはや古典的なくさびではなく、別途考慮する必要があることに注意してください。
これらは、切り出した石の塊などの物体を分離するためにも使用できます。薪割り用の槌とくさびは、木目に沿って木材を割るために使用されます。
物体間の距離を微調整するために用いられる、比較的長いテーパーを持つ細長いくさびは、ジブと呼ばれ、工作機械の調整によく用いられる。
フォークや釘の先端も楔として機能し、押し込んだり打ち込んだりした材料を割ったり分離したりします。そして、摩擦によって軸がしっかりと固定されることがあります。
ブレードは複合傾斜面であり、2つの傾斜面が1つの端で交わるように配置されている。2つの傾斜面が交わる端を固体または流体に押し込むと、材料に作用する力をブレードの面に垂直な2つの反対方向の力に変換することで、材料の分離抵抗を克服する。
刃が人類によって最初に使われたのは、動物の組織を切断したり分割したりするために使われた火打ち石の鋭い刃先でした。例えば、肉を切るのに使われました。鉄やその他の金属の使用により、そのような作業のためのナイフが開発されました。ナイフの刃のおかげで、人間は肉、繊維、その他の植物や動物の材料を、手で引っ張って引き裂くよりもはるかに少ない力で切断できるようになりました。その他の例としては、土壌粒子を分離する鋤、布地を分離するはさみ、木材繊維を分離する斧、木材を分離する鑿や鉋などがあります。
くさび、のこぎり、鑿は、木材、固い石、硬い金属などの厚くて硬い材料を分離することができ、分離する材料のより広い範囲に同じ力を加える粉砕よりも、はるかに少ない力、材料の無駄、そしてより高い精度で分離できます。
くさびのその他の例としては、固体に円形の穴を開けるドリルビットが挙げられます。ドリルビットの2つの刃先は、互いに反対の角度で尖らせられており、その刃先がドリルビットの軸に巻き付けられています。ドリルビットが回転軸を中心に回転すると、くさびが切断対象の材料に押し込まれます。その結果、材料にできる切削方向はドリルビットの回転方向と一致し、ビットのらせん状の形状によって切削された材料が除去されます。
くさびは、エンジン部品（ポペットバルブ）、自転車部品（ステムや偏心ボトムブラケット）、ドアなど、様々な物体を所定の位置に保持するためにも使用できます。くさび型のドアストッパー（ドアウェッジ）は、ドアの下部とくさび、そしてくさびと床（またはその他の表面）との間に生じる摩擦によって主に機能します。
くさびの機械的利点またはMAは、くさびの高さをくさびの幅で割ることによって計算できます。[ 1 ]
くさびの角度が鋭角、つまり狭いほど、斜面の長さと幅の比率が大きくなり、その結果、より大きな機械的利点が得られます。 [ 2 ]
くさびは、くさびの挟角がくさびと対象物との間の摩擦係数の逆正接よりも小さい場合に、くさびが食い込みます。したがって、木材のような弾性材料では、摩擦によって幅の狭いくさびの方が幅の広いくさびよりも食い込みやすくなります。これが、薪割り斧の刃の角度が斧の刃の角度よりもはるかに広い理由です。
