← الطاقة والزخم
٦
القسم ٣ · الطاقة والزخم — الموضوع ٦ من ٨
الآلات البسيطة
الآلة أداةٌ تسهّل بذل الشغل بتغيير مقدار القوة اللازمة أو اتجاهها — لكنها لا تقلّل الشغل؛ بل تقايض: تقلّ القوة المطلوبة مقابل زيادة الإزاحة.
- الآلات
- آلات بسيطة
- الرافعة
- الوتد
- البكرة
- السطح المائل
- البرغي
- العجلة والمحور
- آلات مركّبةآلتان بسيطتان أو أكثر
- الدرّاجة الهوائية
- السيارة
- آلات بسيطة
والآلة المركّبة تتكوّن من آلتين بسيطتين أو أكثر. ونقيس أداء أي آلة بثلاث كمّيات:
| الكمية | القانون | المعنى |
|---|---|---|
| الفائدة الميكانيكية الفعلية | MA = FrFe | القوة المقاومة ÷ القوة المسلَّطة |
| الفائدة الميكانيكية المثالية | IMA = dedr | إزاحة القوة ÷ إزاحة المقاومة |
| الكفاءة | e = (WoWi) × 100 | الشغل الناتج ÷ الشغل المبذول |
- القوة المسلَّطة (Fe): القوة التي يؤثّر بها الإنسان في الآلة. المقاومة (Fr): القوة التي تؤثّر بها الآلة في الحمل.
- الفائدة الميكانيكية بلا وحدة قياس (نسبةٌ بين قوتين)، ويمكن حساب الكفاءة أيضًا من e = (MAIMA) × 100.
- الفائدة الميكانيكية الفعلية للآلة المركّبة = حاصل ضرب الفائدتين الميكانيكيتين الفعليتين للآلتين البسيطتين المكوّنتين لها.
تنبيه
⚠ لا توجد آلةٌ واقعية كفاءتها 100%؛ إذ يُفقد جزءٌ من الشغل دائمًا بالاحتكاك على هيئة حرارة. الكفاءة 100% خاصّةٌ بالآلة المثالية الافتراضية وحدها.
تحقّق سريع
رافعةٌ تقلّل القوة اللازمة لرفع حجرٍ إلى النصف. هل قلّلت الشغل المبذول إلى النصف كذلك؟
اعرض الإجابة
لا. الشغل يبقى ثابتًا تقريبًا؛ فحين قلّت القوة إلى النصف تضاعفت الإزاحة المقابلة، فحاصل ضربهما (الشغل) لم يتغيّر. الآلة تقايض القوة بالإزاحة لا أكثر.
مثالآلةٌ شغلها الناتج 80 J مقابل شغلٍ مبذولٍ 100 J؛ فما كفاءتها؟
e = (WoWi) × 100
e = (80100) × 100 = 80%
أمثلة على «الآلات البسيطة»
مثال ١
آلة بسيطة مثالية لا احتكاك فيها، فما مقدار كفاءتها؟
◎ توقّع الإجابة أولًا: