نبذة تعريفية عن آلة “السطوح المائلة” وكيفية دحرجة الأجسام عليها

2011 تجارب علمية القوة والحركة

غريس ودفورد

مؤسسة الكويت للتقدم العلمي

آلة السطوح المائلة كيفية دحرجة الأجسام على السطوح المائلة الفيزياء

هناك العديد من الآلات التي تم اختراعها كي تجعل مهمة رفع الأجسام الثقيلة أمراً أكثر سهولة.

وقد يكون من الغريب أن نشير إلى أن أكثر هذه الأدوات تأثيراً تتميز بالبساطة وكثرة استعمالها في حياتنا اليومية، فالسطوح المائلة مثلاً هي من الآلات البسيطة.

نستخدم كلمة آلة لوصف العديد من الأشياء التي نستعملها في حياتنا اليومية، فالغسالة والسيارة وجزازة العشب والحواسيب هي أمثلة على هذه الآلات. 

 

لكن العديد من الألات التي نستعملها أكثر بساطة من هذه الآلات، فالبرغي والسحّاب والفأس، على سبيل المثال، كلها أشكال من الآلات البسيطة يُطلق عليها مصطلح ”السطوح المائلة“، وهذه الأدوات تسمح لنا ببذل جهد أقل لتنفيذ الكثير من الأعمال.

فمن أجل رفع جسم من الأجسام يترتب علينا بذل مقدار معين من الشغل. ويأتي هذا الجهد من عضلاتنا أو عن طريق أحد الأجهزة المعقدة كالمصاعد والرافعات.

وتتوقف كمية الشغل التي نبذلها على أمرين، أولهما ثِقَل (وزن) الجسم والثاني المسافة التي ننقل الجسم عبرها.

عندما تقوم مثلاً برفع صخرة ثقيلة لتضعها على الطاولة تقوم عضلاتك ببذل الشغل اللازم لتنفيذ هذا الأمر.

 

وكلما كانت الطاولة أكثر ارتفاعاً والصخرة أكثر ثِقَلاً ازداد الشغل على عضلاتك من أجل تنفيذ هذا العمل، لكنك لو قمت بدفع أو شدّ الصخرة على سطح مائل لوجدت أن المهمة أكثر سهولة. 

أما سبب ذلك فهو أن السطح المائل يقلل من مقدار القوة اللازمة لنقل جسم ما من خلال زيادة المسافة التي سيقطعها ذلك الجسم، وهذا يفسح المجال لتحريك الجسم باستخدام مجهود أقل، ولكن عبر مسافة أطول. وأسهل طريقة لفهم هذه العملية هي التمعن بالمثال التالي.

يتطلب تسلق مرتفع شديد الانحدار بذل قوة كبيرة، لكن المسافة التي يترتب قطعها ستكون الأقصر، بينما يتطلب القيام بتسلق المرتفع نفسه عن طريق منحدر مريح قوة أقل، لكن المسافة ستكون أطول.

 

إن الشغل المبذول متساوٍ في كلتا المحاولتين ويعادل الشغل (القوة التي تبذلها للمشي) مضروباً بالمسافة التي تبذل فيها ذلك الشغل (الطريق الذي تسلكه).

لذلك فإن ما تكسبه من قوة تصرفه على المسافة. هذه قاعدة أساسية تخضع لها العديد من الأدوات الميكانيكية، وهذا أيضاً ما يفسر عمل السطوح المائلة، فهي تقلل القوة التي نحتاجها لرفع جسم ما، وذلك عن طريق زيادة المسافة التي يقطعها هذا الجسم.

 

دحرجة الأجسام على السطوح المائلة

تجعل السطوح المائلة عملية رفع الأجسام أكثر سهولة، لكن إحدى المشكلات المرتبطة باستخدام السطوح المائلة هي احتكاكها بتلك السطوح.

إن أي جسم يتم شدّه إلى أعلى السطح سيكون في تماس معه، مسبباً الاحتكاك مع ذلك السطح (A).

ويجعل هذا الاحتكاك مهمة شدّ الحمولة نحو الأعلى أمراً مجهداً، إذ لا بدّ من بذل قوة أكبر.

 

وعندما قام قدماء المصريين ببناء الأهرامات كان عليهم نقل الصخور الثقيلة عن طريق سطوح مائلة طويلة.

وكي تصبح عملية جر الصخور أكثر سهولة جرى تغطية السطح المائل بجذوع الأشجار المستوية (B) أو طبقات مبللة من الحصى والرمل.

وعند نقل الصخور الضخمة فوق تلك الطبقات كان الحصى ينزلق ويتدحرج تحتها، وبالتالي يقلل من قوة الاحتكاك، أما اليوم فقد نلجأ إلى استخدام العجلات لتخفيف الاحتكاك.

[KSAGRelatedArticles] [ASPDRelatedArticles]