آلات الرفع في العمل – الشغل والقدرة والكفاءة
الفيزياءالطاقة والزخم15–16 سنة
جارٍ التحميل…
سجّل الدخول للتشغيلرافعة في موقع بناء، أو رافعة لمحاصيل المزرعة، أو مصعد ركاب يرفع حمولة إلى ارتفاع h. غيّر الكتلة والارتفاع وسرعة الرفع والفقد بالاحتكاك لترى الشغل المفيد A = mgh، والشغل الكلي، والقدرة P = F·v، وكفاءة الآلة؛ وهي الكميات نفسها التي يحسبها المشغّل عند اختيار الآلة.
الدرس: الفيزياء في المهن
ماذا تعرض
يتطلب رفع حمولة كتلتها m مسافة رأسية h شغلًا مفيدًا A = mgh، يعتمد على الحمولة والارتفاع فقط، لا على سرعة رفعها. والقدرة هي معدل بذل الشغل، P = A/t = F·v، لذا يحتاج رفع الحمولة نفسها بضعف السرعة إلى ضعف القدرة. وتفقد الآلات الحقيقية جزءًا من الطاقة بالاحتكاك في البكرات والكابلات وصناديق التروس، فيجب أن يقدم المحرك شغلًا كليًا أكبر من الشغل المفيد. والكفاءة هي نسبة الشغل المفيد إلى الشغل الكلي، وهي دائمًا أقل من 100%.
طريقة الاستخدام
اختر «نوع الآلة»، واضبط «كتلة الحمولة» و«ارتفاع الرفع»، ثم اضغط «تجربة الرفع» لتشاهد الحمولة ترتفع بينما ينقسم عمود الطاقة إلى جزء مفيد وجزء مفقود. بعد ذلك غيّر كمية واحدة في كل مرة: زد «سرعة الرفع» وقارن ما يحدث للشغل وللقدرة، أو زد «الفقد بالاحتكاك» ولاحظ كيف يتغير الشغل الكلي والكفاءة. ويمكن للطلاب مقارنة كل قراءة بحساباتهم.
المعاملات القابلة للتغيير
- نوع الآلة رافعة البناء, رافعة المحاصيل, مصعد الركاب
- كتلة الحمولة 50–3000 kg
- ارتفاع الرفع 2–40 m
- سرعة الرفع 0.2–3 m/s
- الفقد بالاحتكاك 0–45 %
أسئلة للاستكشاف
- إذا رُفعت الحمولة بضعف السرعة، فماذا يحدث للشغل المفيد وللقدرة؟
- لماذا تكون كفاءة آلة الرفع الحقيقية دائمًا أقل من 100%؟
- ما الشغل الكلي الذي يجب أن يبذله المحرك لرفع 500 kg مسافة 12 m مع فقد بالاحتكاك 20%؟
