ประวัติศาสตร์ของมนุษย์มีมาอย่างยาวนาน รวมถึงประวัติศาสตร์เกี่ยวกับการพัฒนาเครื่องมือเครื่องใช้ เพื่อช่วยอำนวยความสะดวกในการทำงานต่าง ๆ นำไปสู่การมีคุณภาพชีวิตและความเป็นอยู่ที่ดีขึ้น โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อเข้าสู่ยุคปฏิวัติอุตสาหกรรม ซึ่งใช้วิทยาศาสตร์ในการพัฒนากระบวนการผลิตและมีการใช้เครื่องจักรมาแทนที่แรงงานมนุษย์ ดังนั้น การทำความรู้จักกับเครื่องมือเครื่องใช้พื้นฐานหรือเครื่องทุ่นแรงอย่างง่าย จึงมีความสำคัญที่เป็นพื้นฐานไปสู่การประดิษฐ์นวัตกรรมที่มีความซับซ้อนมากขึ้นได้

เครื่องทุ่นแรงอย่างง่ายที่จะกล่าวถึงในบทความนี้เป็นเครื่องทุ่นแรงในทางกลศาสตร์ ซึ่งยกตัวอย่างมาเป็นประเภทต่าง ๆ ได้แก่ รอก เพลา คาน และพื้นเอียง

รอก

รอก หมายถึง เครื่องกลชนิดหนึ่ง ที่ใช้ยกวัตถุให้ขึ้นไปในระดับที่สูงขึ้น หรือ หย่อนวัตถุลงไปให้อยู่ในระดับที่ต่ำลงไป โดยทั่วไปรอกประกอบด้วย วงล้อที่หมุนได้ และเส้นเชือกซึ่งคล้องผ่านวงล้อให้วงล้อสามารถหมุนได้เป็นระบบ โดยพื้นฐานแล้วรอกอาศัยหลักการของแรงตึงในเส้นเชือกที่มีขนาดเท่ากันทั้งเส้นมาช่วยในการทำงาน สามารถจัดประเภทของรอกได้หลายประเภท แต่โดยพื้นฐานมักจะอาศัยการแยกพิจารณารอกทีละตัว เป็นรอกเดี่ยว ซึ่งแบ่งออกเป็น 2 ประเภท คือ รอกเดี่ยวตายตัว และรอกเดี่ยวเคลื่อนที่
 

ล้อและเพลา

เป็นเครื่องกลอีกประเภทที่ช่วยผ่อนแรงการทำงานได้ ประกอบไปด้วยวัตถุทรงกระบอก 2 ชิ้นติดกัน ชิ้นใหญ่เรียกว่า “ล้อ” ชิ้นเล็กเรียกว่า “เพลา” ใช้สายพานหรือเชือก 2 เส้น พันรอบล้อเส้นหนึ่ง ส่วนอีกเส้นหนึ่งพันรอบเพลา โดยพันไปคนละทาง ปลายข้างหนึ่งของเชือกที่พันรอบเพลาผูกติดกับวัตถุ ส่วนปลายข้างหนึ่งของเชือกที่พันรอบล้อซึ่งจะใช้สำหรับออกแรงดึง ตัวอย่างของเครื่องมือทุ่นแรงที่ใช้หลักการของล้อและเพลา เช่น พวงมาลัยรถยนต์ กว้านตักน้ำจากบ่อ กว้านสมอเรือ เป็นต้น

คาน

คานเป็นเครื่องทุ่นแรงอีกประเภทหนึ่ง ซึ่งอาศัยหลักการของโมเมนต์ คือ เมื่อมีวัตถุที่เป็นของแข็งและจุดหมุนอยู่ ณ จุดใดจุดหนึ่งบนคาน การออกแรง ณ จุดที่ห่างจากจุดหมุน จะเป็นการเพิ่มปริมาณของโมเมนต์ โดยมีมุมระหว่างแรงกระทำกับระยะห่างจากจุดหมุนเป็นอีกปัจจัยด้วย นั่นคือ โมเมนต์จะมากที่สุดเมื่อแรงกระทำตั้งฉากกับระยะห่าง ตัวอย่างของคาน เช่น ที่เปิดขวด การใช้คานงัด เครื่องชั่งน้ำหนักแบบสองแขน การใช้ตะเกียบ เป็นต้น

พื้นเอียง

เป็นเครื่องกลสำหรับทุ่นแรงอีกชนิดหนึ่ง มีลักษณะเป็นแท่งตรงยาว ผิวเรียบ ใช้สำหรับพาดระหว่างพื้นที่ต่างระดับกันเพื่อขนย้ายมวลต่าง ๆ ขึ้นหรือลงสู่บริเวณที่ต้องการโดยการลากหรือการผลัก แทนการยกขึ้นตรง ๆ ซึ่งต้องใช้กำลังมากกว่าการผลักบนพื้นเอียง แต่งานที่ได้มีขนาดเท่ากัน แต่ในบางกรณี พื้นเอียงก็ไม่ได้ช่วยให้งานที่ได้มากกว่างานที่ทำเสมอไป เพียงแค่ช่วยอำนวยความสะดวกในการทำงานให้ปฏิบัติงานได้สะดวกสบายขึ้นเท่านั้น เช่น การลากวัตถุจากที่สูงลงสู่พื้นที่มีระดับต่ำกว่า ดังนั้น ประโยชน์ของพื้นเอียง คือ ช่วยอำนวยความสะดวกในการทำงาน และผ่อนแรงในการขนย้ายสิ่งของขึ้นหรือลงจากพื้นที่ที่มีระดับความสูงแตกต่างกัน เช่น การลากของขึ้นไปตามพื้นเอียง หรือการผลักของลงมาตามพื้นเอียง เป็นต้น

มนุษย์เป็นสิ่งมีชีวิตที่มีพัฒนาการทางด้านสติปัญญาสูงกว่าสิ่งมีชีวิตชนิดอื่น ๆ และได้สร้างสรรค์สิ่งก่อสร้างที่น่าทึ่งมากมายโดยอาศัยองค์ความรู้สำหรับการทำงาน ซึ่งช่วยทำให้สิ่งที่แทบเป็นไปไม่ได้เลยเมื่อใช้เฉพาะแรงงานมนุษย์ ให้กลับสามารถเป็นไปได้ เมื่อใช้สติปัญญาในการคิดค้นวิธีการเพื่อทุ่นกำลังแรงงานลงไป และจากความรู้พื้นฐานเหล่านี้ มนุษย์เราก็ยังไม่หยุดคิดค้นและพัฒนาต่อยอดความรู้ที่สะสมมาตั้งแต่สมัยโบราณให้เกิดประโยชน์ต่อไป

บทความที่เกี่ยวข้อง
- หลักการทำงานของคาน
- การทำงานของล้อและเพลา