مبدأ عمل الرافعات وأنواعها

2015 علوم القرن الـ21 الطاقة والمادة

براون بير

k

مبدأ عمل الرافعات الفيزياء

يُعزى إلى عالم الرياضيات الإغريقي أرخميدس Archimedes (حوالي 287 ق.م. – حوالي 212 ق.م) قوله أن بإمكانه رفع العالم إذا توفرت له رافعة بطول كاف.

الرافعة واحدة من أبسط الآلات القديمة. باستخدام سارية طويلة مستقرة على صخرة مستوية يمكن للشخص تحريك أجسامٍ هائلة الكتلة مثل صخور الجلمود.

هناك نوعان أساسيان للآلات البسيطة: الرافعة والمستوى المائل. تضاعف هذه الآلات الميكانيكية القوة المحدودة للإنسان والحيوان لتيسر تحريك الأشياء.

كما أن المبدأ الذي يعتمد عليه عمل الآلات البسيطة، مثل الرافعة والبكرة، هو المبدأ نفسه وراء تصميم غالبية الآلات الحديثة الأكثر تعقيداً، مثل صندوق ناقل الحركة في المحركات والمصاعد وسيارات الكرين العملاقة.

 

الرافعات

تقع نقطة الارتكاز لأبسط أنواع الرافعات، كما هو مشروحٌ أعلاه، بين نقطتي تطبيق الجَهد والحمل المراد رفعه. يُسمى هذا النوع من الرافعات بالصنف الأول.

مثال آخر لهذا الصنف لعبة أرجوحة الأطفال والتي يمكن لطفلٍ صغيرٍ جالسٍ على طرف عصا الأرجوحة تحريك شخصٍ بالغٍ جالسٍ عند نقطة أقرب إلى نقطة الارتكاز.

يوضح هذا المثال السبب الرئيس لاستخدامنا الرافعات: إذا وضع الحمل عند نقطة أقرب إلى نقطة الارتكاز من موضع تطبيق الجَهد يُنتج جَهدٌ صغيرٌ تأثيراً كبيرا.

في الرافعة الطويلة التي يطبق فيها جَهد صغير لتحريك حمل كبير، لهذه الرافعة نسبة كبيرة بين القوة الناتجة إلى القوة المطبقة. تُسمى نسبة وزن الحمل (القوة الناتجة) إلى الجَهد (القوة المطبقة) بالمردود الميكانيكي.

 

ويمكن تصميم الصنف الأول بوضع زوجٍ من السيقان حول نقطة ارتكاز واحدة لتصنيع المقص أو آلات القطع الأخرى.

هناك نوعان آخران من أنواع الرافعات. في الصنف الثاني يُطبق الجَهد ويوضع الحمل على الجانب نفسه من نقطة الارتكاز (يُسمي تقانياً نقطة الارتكاز)، من أمثلة هذا النوع عربات الحمل اليدوية.

وفي الصنف الثالث يطبق الجَهد على نقطة بين موضع الحمل ونقطة الارتكاز مثل الملاقط الصغيـرة أو العضلات في جسم الإنسان عند انحنائها.

 

يحتاج الجَهد في الرافعة ذات الذراع الطويلة إلى قطع مسافة طويلة لتحريك الحمل وإزاحته إزاحة صغيرة.

ويوصف الأمر بأن الرافعة لها نسبة مسافة صغيرة (أو نسبة سرعة صغيرة) – نسبة المسافة التي يقطعها الحمل إلى المسافة التي يقطعها الجَهد.

تُقاس كفاءة الآلة بالنسبة بين الطاقة المفيدة الناتجة إلى الطاقة المبذولة. وتساوي هذه النسبة في الروافع نسبة القوة إلى نسبة المسافة. وبشكلٍ عامٍ يُعتبر الصنف الأول من الروافع آلات ذات كفاءة عالية.

[KSAGRelatedArticles] [ASPDRelatedArticles]