الآلات البسيطة – البكرات والمستوى المائل والعجلة والمحور ورافعة اللولب والتروس

ماذا تعرض

تسمح الآلة البسيطة لقوة صغيرة E برفع حمل كبير L. تقارن الفائدة الآلية L/E بين القوتين، أما نسبة السرعة dE/dL فتقارن بين المسافتين المقطوعتين وتعتمد على شكل الآلة فقط. الكفاءة هي الفائدة الآلية مقسومة على نسبة السرعة، أي الشغل الناتج L·dL مقسومًا على الشغل المبذول E·dE. يهدر الاحتكاك في البكرات والمحامل واللوالب، ورفع البكرات المتحركة نفسها، جزءًا من الطاقة، لذا يكون الشغل الناتج دائمًا أقل من الشغل المبذول. تُعدّ الحبال خفيفة وغير قابلة للاستطالة. أما الروافع فتعرضها محاكاة الروافع وعزم القوة.

طريقة الاستخدام

اختر تبويب آلة، واضبط كتلة الحمل m والاحتكاك، ثم اضغط اسحب (أدِر الذراع في الرافعة اللولبية ورافعة التروس). اقرأ الميزان النابضي والمسطرتين: كل رفع يضيف صفًا فيه L وE وdL وdE والفائدة الآلية ونسبة السرعة والكفاءة. في البكرات غيّر عدد الحبال الحاملة n وكتلة كل بكرة متحركة، ثم زِد الحمل لترى في الرسم البياني كيف تتغير الكفاءة.

المعاملات القابلة للتغيير

• الآلة البكرات, المستوى المائل, العجلة والمحور, الرافعة اللولبية, رافعة التروس
• نظام البكرات بكرة ثابتة, بكرة متحركة, نظام بكرات
• عدد الحبال الحاملة في نظام البكرات 2–6
• كتلة الحمل 1–100 kg
• كتلة كل بكرة متحركة 0–2 kg
• الفقد بالاحتكاك لكل بكرة أو محمل أو تعشيق تروس 0–15 %
• زاوية الميل 5–60 °
• معامل الاحتكاك (المستوى المائل، اللولب) 0–0.6
• نصف قطر العجلة 10–60 cm
• نصف قطر المحور 2–20 cm
• خطوة اللولب 2–12 mm
• طول الذراع 10–60 cm
• أسنان الترس الصغير 8–40
• أسنان الترس الكبير 12–96

أسئلة للاستكشاف

1. لماذا تكون كفاءة نظام البكرات أعلى مع حمل ثقيل منها مع حمل خفيف؟
2. كيف تتغير نسبة السرعة للمستوى المائل عندما يصبح أشد انحدارًا؟
3. لماذا لا يمكن لأي آلة حقيقية أن تبلغ كفاءتها 100 %؟