مقدمة في الآلات البسيطة

الآلات البسيطة: مقدمة

• تصنف القوى إلى نوعين: قوى التلامس وقوى عن بعد.
• القوى غير المتزنة تسبب حركة الأجسام الخاضعة لتأثيرها.
• تشمل الآلات البسيطة الرافعة، والمستوى المائل، والعجلة والمحور، والإسفين، والبكرة.
• الآلات البسيطة تسهل أداء المهام وتساعد في تقليل الجهد.
• الآلة البسيطة قد تحتوي على أجزاء متحركة وتستخدم لتسهيل أداء مهمة ما وتقليل الجهد المبذول.
• تسمح الآلة باستخدام قوة أقل لرفع الأوزان.
• تتوفر أنواع مختلفة من الآلات البسيطة، ويمكن استخدام آلتين أو أكثر معًا لإنجاز مهمة.

كيف تجعل الآلات البسيطة الحياة أسهل؟

• الآلات البسيطة تساهم في تسهيل أداء المهام.
• تسجيل مشاهدات حول الطريقة التي تسهل فيها الآلة تنفيذ مهمة ما.

أنواع الآلات البسيطة

• تتوفر أنواع كثيرة من الآلات البسيطة.
• مثال على الرافعة: وهي ساق صلبة تشبه أرجوحة الاتزان، مثبتة عند نقطة واحدة.
• البكرة تستخدم العجلات والحبال لتسهم في رفع الأوزان الثقيلة.
• الإسفين حافة حادة ليسهم في قطع ودفع الأشياء بعيدًا عن بعضها.
• المستوى المائل كالمنحدر، يسهل رفع الأشياء صعودًا.
• باستخدام العجلة والمحور، يمكن تطبيق قوة صغيرة على العجلة لتوليد قوة كبيرة على المحور.
• تساعد العجلة والمحور على التغلب على قوى الاحتكاك.

كيف تعمل الرافعة؟

• الأسهم تستخدم لتمثيل مقدار القوى واتجاهها.
• الوزن هو قوة جذب الأرض للأجسام.
• الرافعة ساق صلبة مُثبتة عند نقطة الارتكاز، ويمكن للساق أن تدور حولها.
• القوة اللازمة لتحريك الرافعة تسمى القوة (الجهد).
• القوة المؤثرة تسمى المقاومة (الحمل).
• يعتمد مقدار واتجاه القوة اللازمة لتحريك الآلة على مواضع القوة، والمقاومة، ونقطة الارتكاز.
• مقدار واتجاه القوة اللازمة لتحريك الآلة يعتمد على مواضع القوة والمقاومة ونقطة الارتكاز.

أنواع الروافع وتصنيفها

• جميع الروافع تمتلك نقطة ارتكاز وقوة ومقاومة.
• تصنف الروافع إلى ثلاثة أنواع بحسب مواضع المقاومة والقوة ونقطة الارتكاز.
• الرافعة من النوع الأول: نقطة الارتكاز تقع بين القوة والمقاومة، مثل العتلة.
• الرافعة من النوع الثاني: المقاومة تقع بين نقطة الارتكاز والقوة، ومثال عليها كسارة البندق.
• الرافعة من النوع الثالث: القوة تقع بين نقطة الارتكاز والمقاومة، ومثال ذلك دباسة الورق.

كيف تستقصي القوى اللازمة لرفع وزن ما ؟

• يمكن قياس القوى باستخدام الميزان النابض.
• تقاس القوى بوحدة النيوتن.
• الرافعة هي ساق صلبة مُتَّزنَة عند نُقطة تُسمّى نقطة الارتكاز.
• زيادة طول ذراع القوة عن نقطة الارتكاز يقلل من مقدار القوة اللازمة لرفع الوزن، وبالتالي يسهل من أداء العمل.

مضاعفة القوة

• الرافعة تستخدم لمضاعفة مقدار القوة.
• يجب أن يكون ذراع القوة أطول من ذراع المقاومة.
• تتوفر آلات كثيرة تسهل المهام بزيادة مقدار القوة، وتسمى هذه الآلات مُضاعفات القوة Force multipliers.

كيف تسهل البكرات أداء المهام؟

• زيادة عدد البكرات في نظام البكرات يقلل القوة التي تحتاج إليها لرفع الوزن.

كيف يُسهّل المستوى المائل أداء المهام؟

• يُفضل استخدام المستوي المائل الأقل انحدارًا حيث يقلل من القوة المبذولة، ولكن يجب أن يكون المنحدر أطول لبلوغ الارتفاع نفسه.
• زيادة انحدار المستوى المائل يزيد من القوة اللازمة في دفع الأجسام صعودًا، مما يُصعب المهمة.

نظام البكرات

• أبسط نظام بكرات يتألف من بكرة مثبتة لا تتحرّك، ولا يغيّر هذا النظام من مقدار القوة، فهو لا ينتمي إلى مضاعفات القوة.
• الأنظمة ذات البكرات المتعددة تمتلك بكرة واحدة ثابتة وأكثر من بكرة متحركة، ويعمل هذا النوع من الأنظمة على مضاعفة القوة.

ما فوائد الآلات البسيطة ؟

• معظم الآلات البسيطة تستخدم قوة صغيرة لتوليد قوة أكبر على المقاومة.
• يمكن أن تسهل الآلة البسيطة العمل من خلال:
  • مُضاعفة القوة بتأثير قوة صغيرة مبذولة، مثل إزالة المسمار.
  • تغيير اتجاه القوة، مثل استخدام البكرات.
  • تقليل القوة للحصول على تحكم أكبر ودقة بالعمل، مثل استخدام الملاقط.

البرغي

• البرغي اللولبي هو مستوى مائل ملتف، وتؤثر القوة باستخدام المفك الذي يتحرك مسافة أبعد من تلك التي يتحرك فيها البرغي، مما يزيد من القوة التي تسمح لنا بإدخال البرغي في قالب الخشب.

ما لولب أرخميدس ؟

• لولب أرخميدس هو آلة بسيطة تُستخدم في رفع الماء عن طريق تدوير اللولب، ويتم ذلك بواسطة اليد أو محرك، وهي مثال على مضاعف القوة.