الروافع وعزم القوة – الاتزان حول نقطة الارتكاز

ماذا تعرض

الأثر الدوراني للقوة حول نقطة الارتكاز هو عزمها، M = F × d، حيث d البعد العمودي من نقطة الارتكاز إلى خط عمل القوة. تتزن الرافعة عندما يتساوى العزم باتجاه حركة عقارب الساعة والعزم بعكسها، F₁·d₁ = F₂·d₂، وهذا هو مبدأ العزوم. يمكن أن تكون نقطة الارتكاز في منتصف الذراع كما في أرجوحة التوازن، أو عند أحد طرفيه كما في عربة اليد، حيث يؤثر الحمل والقوة المبذولة في الجهة نفسها. عندما يكون d₂ أطول من d₁ توازن قوة صغيرة حملًا كبيرًا، لكن القوة المبذولة تتحرك مسافة أكبر.

طريقة الاستخدام

ابدأ من القيم الافتراضية، 10 N على بعد 20 cm مقابل 5 N على بعد 40 cm، واضغط «حرّر الذراع» لترى أن الذراع يبقى أفقيًا. اسحب أيًّا من القوتين على طول الذراع لتغيير ذراع القوة، ولاحظ ميل الذراع نحو العزم الأكبر. اضغط «ثبّت أفقيًا»، وغيّر القوتين، ثم اضغط «اضبط F₂ للاتزان» لتتحقق من القوة التي حسبتها. كرّر ذلك مع «نوع الرافعة» الآخر.

المعاملات القابلة للتغيير

• القوة F₁ (الحمل) 1–50 N
• ذراع القوة d₁ 5–60 cm
• القوة F₂ (القوة المبذولة) 1–50 N
• ذراع القوة d₂ 5–60 cm
• نوع الرافعة نقطة الارتكاز في المنتصف (أرجوحة التوازن، الميزان، الكماشة), نقطة الارتكاز عند أحد الطرفين (عربة اليد، فتاحة الزجاجات)

أسئلة للاستكشاف

1. كم مرة يجب أن يكون d₂ أطول من d₁ لكي توازن قوة مبذولة 10 N حملًا 50 N؟
2. لماذا يُركَّب مقبض الباب في أبعد موضع ممكن عن المفصلات؟
3. أين تقع نقطة ارتكاز عربة اليد، ولماذا يجعل ذلك رفع الحمل أسهل؟