هل لديك فضول لمعرفة العلم وراء الآلات البسيطة؟ هل تريد معرفة المزيد عن كيفية عملها؟ إذا كان الأمر كذلك، فإن منشور المدونة هذا يناسبك! سنشرح ما هي القوة وكيف يتم استخدامها في الآلات البسيطة. بالإضافة إلى ذلك، سنخبرك لماذا يساعد فهم القوة التي تبذلها عند استخدام آلة بسيطة في تسهيل مهامك وزيادة فعاليتها.
القوة التي تبذلها عند استعمال الآلة البسيطة تسمى
الإجابة الصحيحة هي: الجهد.
عند استخدام آلة بسيطة، مثل رافعة أو عجلة ومحور أو مستوى مائل، فإنك تمارس قوة على مسافة. القوة التي تمارسها تسمى قوة الإدخال، والميزة الميكانيكية للآلة هي عدد الوقت الذي تزيد فيه الآلة من القوة المبذولة. قوة الخرج هي القوة التي تمارسها على جسم ما، والشغل هو القوة المبذولة على مسافة.
ما هو العمل؟
عندما تستخدم آلة بسيطة، فإنك تضغط على الآلة وتطبق الآلة القوة على الجسم. هذه القوة تسمى قوة الإدخال. الآلة، بدورها، تطبق على الجسم قوة أكبر من قوة الإدخال. هذه القوة الأكبر تسمى قوة الخرج. الرافعة عبارة عن آلة بسيطة تُستخدم لمضاعفة القوة التي نطبقها أو زيادتها – غالبًا على حساب المسافة التي يمكن من خلالها نقل الجسم. تتكون الرافعة من رافعة ومستوى مائل وإسفين. يتم استخدام الرافعة لزيادة قوة الخرج، ويتم استخدام المستوى المائل لتقليل المسافة التي يجب أن يتحرك بها الكائن، ويتم استخدام الإسفين لتثبيت الكائن في مكانه أثناء استخدام المستوى المائل.
قوة الإدخال
عند استخدام آلة بسيطة، مثل عجلة ومحور أو نظام بكرة، فإنك تقوم بتطبيق قوة على جسم ما وتتلقى قوة خرج. تسمى قوة الخرج هذه قوة الإدخال. الآلة، بدورها، تطبق القوة على شيء ما. تسمى قوة الخرج طاقة الخرج. العمل هو قوة تمارس على مسافة ما ؛ لذلك تشارك قوتان عند استخدام آلة.
ميزة ميكانيكيه
الميزة الميكانيكية للبكرة الثابتة هي 1. وهذا يعني أنه في كل مرة تتجاوز فيها قوة الخرج (القوة التي تمارسها الآلة على الجسم المراد تحريكه) قوة الإدخال (القوة التي تحتاج إلى تطبيقها لتحريك الجسم)، سوف تحقق الآلة ميزة ميكانيكية. على سبيل المثال، إذا كنت ترفع وزنًا 4 نيوتن باستخدام آلة بسيطة، فستحتاج إلى بذل قوة مقدارها 4 نيوتن لتحريك الوزن. ومع ذلك، إذا كنت تستخدم نظام عجلة ومحور، فستحتاج فقط إلى بذل قوة مقدارها 2 نيوتن لتحريك الوزن. الميزة الميكانيكية للبكرة الثابتة هي 1، لذلك مقابل كل 2 نيوتن تبذلها، ستحقق ميزة ميكانيكية.
قوة الإخراج
طاقة الإخراج هي المعدل الذي يتم به العمل. القوة التي تمارسها على الجهاز تسمى قوة الإدخال. تُعرف المسافة التي تعمل من خلالها قوة الإدخال بالميزة الميكانيكية. من الناحية العلمية، يمكنك العمل في أي وقت تمارس فيه قوة على جسم ما، لكن العلماء يتتبعون مدى سرعة إنجاز العمل بمعدل يسمى طاقة الإخراج. الطاقة الخارجة للآلة هي نتاج القوة والمسافة، أو FoFi. الجانب السلبي هو أنك يجب أن تمارس القوة على مسافة أكبر، لأن حاصل ضرب القوة والمسافة، fd، (الذي يساوي الشغل) لا يساوي دائمًا 1. على سبيل المثال، إذا حاولت رفع وزن يساوي ضعفك وزنك باستخدام قوتك الخاصة فقط، ستكون قادرًا فقط على رفع الوزن نصف الطريق قبل أن تضطر إلى التوقف لأن طاقة الخرج الخاصة بك قد تجاوزت. ومع ذلك، إذا كنت تستخدم آلة مثل الرافعة، والتي تتمتع بميزة ميكانيكية أكبر بكثير من جسمك، فيمكنك رفع الوزن بسهولة أكبر وبجهد أقل.
حساب العمل
عند استخدام آلة بسيطة، مثل الرافعة، فإنك تستخدم قوة ما على الآلة من أجل القيام بالعمل. طاقة الخرج هي مقدار العمل الذي تقوم به الآلة، وحساب العمل هو المبلغ الإجمالي للعمل الذي تم إنجازه. على سبيل المثال، إذا قمت بتطبيق قوة مقدارها 10 نيوتن لرفع صندوق مسافة 0.9 متر، فإن الرافعة ستبذل طاقة خرج 9 وات لرفع الصندوق. بالإضافة إلى الطاقة الناتجة، تتمتع الرافعة أيضًا بميزة ميكانيكية تبلغ 9: 1. هذا يعني أنه مقابل كل 1 نيوتن من القوة التي تطبقها، فإن الرافعة ستجعل 9 واط من طاقة الخرج.
ما هي الرافعة؟
الرافعة عبارة عن آلة تستخدم في رفع الأشياء الثقيلة. ويتكون من إطار متصل بشعاع أو أرجل، وآلية تسمح للرافعة بتحريك الجسم. يمكن تشغيل الرافعة باستخدام عجلة ومحور أو نظام بكرة أو نظام رافعة.
نقطة الارتكاز
يكون محور الارتكاز دائمًا في المنتصف بين قوة الإدخال وقوة الإخراج. تُعرف نقطة الدوران هذه بنقطة الارتكاز. تسمى القوة التي تمارسها عند استخدام آلة بسيطة بالميزة الميكانيكية. يتم تطبيق قوة الإدخال عند نقطة الارتكاز، وتستند طاقة الخرج على الميزة الميكانيكية. تتمثل وظيفة الرافعة في استخدام ميزتها الميكانيكية لتحريك الأشياء الثقيلة. هناك العديد من أنواع الرافعات المختلفة، ولكل منها مكوناته واستخداماته الخاصة.
باستخدام عجلة ومحاور
العجلة والمحور عبارة عن آلة بسيطة تقلل إلى حد كبير من الاحتكاك الذي يحدث عند تحريك جسم ما على سطح ما. غالبًا ما تستخدم هذه الآلة جنبًا إلى جنب مع نظام بكرة لرفع الأحمال الثقيلة. على سبيل المثال، يمكن استخدام عجلة ومحور لتحريك خزانة الملفات لأعلى مستوى مائل دون أي احتكاك. بالإضافة إلى ذلك، الرافعة عبارة عن آلة تستخدم عجلة ومحور كمكون رئيسي لها. يوجد نقطة ارتكاز في وسط العجلة والمحور، وهذا نقطة ارتكاز تمكن الرافعة من رفع الأشياء الثقيلة.
باستخدام نظام البكرة
نظام البكرة عبارة عن آلة بسيطة تستخدم بكرات متحركة لمضاعفة قوة الإدخال اللازمة لرفع جسم ثقيل. باستخدام أكثر من بكرة واحدة في وقت واحد، يمكن تقليل قوة الإدخال. هذا مفيد للآلات التي تتطلب قدرًا كبيرًا من القوة، مثل الجرافة المستخدمة في رفع التربة. بالإضافة إلى ذلك، فإن القوة التي تمارسها على الجرافة عند استخدامها لرفع التربة تسمى قوة الإدخال. قوة الإدخال تحرك الآلة مسافة معينة، وطاقة الخرج هي الشغل الذي تقوم به الآلة.
ما هي مكونات الرافعة؟
الرافعة هي آلة كبيرة ومعقدة تستخدم لرفع الأشياء الثقيلة ونقلها إلى أماكن أخرى. يستخدم الجهاز آلة بسيطة واحدة أو أكثر لخلق ميزة ميكانيكية، والتي يتم استخدامها بعد ذلك لرفع الجسم الثقيل. بعض المكونات الأكثر شيوعًا للرافعة هي العجلة والمحور ونظام بكرة ونقطة ارتكاز. يلعب كل من هذه المكونات دورًا حيويًا في تشغيل الرافعة.
