التوازن في الفيزياء هو حالة النظام ، حيث يكون في حالة راحة نسبية للأشياء المحيطة. الإحصائيات هي دراسة شروط التوازن. واحدة من الآليات ، معرفة شروط التوازن لعملها ذات أهمية أساسية ، هي الرافعة. ضع في اعتبارك في المقالة أنواع الرافعة المالية.
ما هو في الفيزياء؟
قبل الحديث عن أنواع الرافعات (في الفيزياء ، يمر الصف السابع بهذا الموضوع) ، دعنا نحدد هذا الجهاز. الرافعة آلية بسيطة تسمح لك بتحويل القوة إلى مسافة والعكس صحيح. الرافعة لها جهاز بسيط ، وتتكون من عارضة (لوح ، قضيب) ، لها طول معين ، ودعامة واحدة. لم يتم إصلاح موضع الدعم ، لذلك يمكن وضعه في منتصف الحزمة وفي نهايتها. نلاحظ على الفور أن موضع الدعم بشكل عام يحدد نوع الرافعة.
هذا الأخير استخدمه الإنسان منذ زمن سحيق. لذلك ، من المعروف أنه في بلاد ما بين النهرين القديمة أو في مصر ، قاموا بمساعدتها في رفع المياه من الأنهار أو نقل الأحجار الضخمة أثناءبناء الهياكل المختلفة. استخدمت الرافعة بنشاط في اليونان القديمة. الدليل المكتوب الوحيد الذي نجا من استخدام هذه الآلية البسيطة هو "الحياة المتوازية" لبلوتارخ ، حيث يقدم الفيلسوف مثالاً على استخدام نظام الكتل والرافعات من قبل أرخميدس.
مفهوم العزم
فهم مبدأ تشغيل أنواع مختلفة من الروافع في الفيزياء ممكن إذا درست مسألة توازن الآلية قيد الدراسة ، والتي ترتبط ارتباطًا وثيقًا بمفهوم لحظة القوة.
لحظة القوة هي القيمة التي يتم الحصول عليها بضرب القوة في المسافة من نقطة تطبيقها إلى محور الدوران. هذه المسافة تسمى "كتف القوة". دعنا نشير إلى F و d - القوة وكتفها ، على التوالي ، ثم نحصل على:
M=Fد
توفر لحظة القوة القدرة على الدوران حول هذا المحور للنظام بأكمله. الأمثلة الحية التي يمكنك من خلالها ملاحظة لحظة القوة أثناء العمل هي فك الجوز بمفتاح أو فتح الباب بمقبض بعيد عن مفصلات الباب.
عزم الدوران هو كمية متجهة. في حل المشكلات ، غالبًا ما يتعين على المرء أن يأخذ في الاعتبار علاماته. يجب أن نتذكر أن أي قوة تجعل نظام الأجسام يدور عكس اتجاه عقارب الساعة تخلق لحظة قوة بعلامة +.
ميزان الرافعة
يوضح الشكل أعلاه رافعة نموذجية ويتم تمييز القوى التي تعمل عليها. لاحقًا في المقالة سيقال إنه -نفوذ من النوع الأول. هنا ، يشير الحرفان F و R إلى قوة خارجية ووزن معين للحمل ، على التوالي. يمكنك أيضًا أن ترى أن الدعم قد تم إزاحته من المركز ، وبالتالي فإن أطوال الذراعين dFو dRلا تتساوى مع بعضها البعض.
في الإحصائيات ، يتضح أن الرافعة لا تتحرك كآلية كاملة ، ويجب أن يكون مجموع كل القوى التي تعمل عليها مساويًا للصفر. لقد لاحظنا اثنين منهم فقط. في الواقع ، هناك أيضًا واحد ثالث ، وهو عكس هذين ويساوي مجموعهما - هذا هو رد فعل الدعم.
لكي لا تقوم الرافعة بحركات دورانية ، من الضروري أن يكون مجموع كل لحظات القوى مساويًا للصفر. كتف قوة رد الفعل للدعم هي صفر ، لذلك لا تخلق لحظة. يبقى أن نكتب لحظات القوى F و R:
RdR- FdF=0=>
RdR=FdF
حالة توازن الرافعة المسجلة كصيغة ، تُعطى أيضًا:
دR/ دF=F / R
هذه المساواة تعني أنه من أجل عدم دوران الرافعة ، يجب أن تكون القوة الخارجية أكبر (أقل) من وزن الحمولة التي يتم رفعها ، وكم مرة يكون ذراع هذه القوة أقل (أكبر) من الذراع التي يعمل عليها الوزن البضائع.
الصياغة المعطاة تعني أنه كم مرة نفوز في الطريق بمساعدة الآلية قيد الدراسة ، نفقد نفس القدر من القوة.
رافعة من النوع الأول
تم عرضه في الفقرة السابقة. هنا نقول فقط أنه بالنسبة لرافعة من هذا النوع ، يقع الدعم بين القوى المؤثرة F و R. اعتمادًا على نسبة أطوال الذراعين ، يمكن لمثل هذه الرافعةتستخدم لرفع الأثقال وتسريع الجسم.
الموازين الميكانيكية ، المقص ، مجتذب الأظافر ، المنجنيق هي أمثلة على الرافعات من النوع الأول.
في حالة وجود توازن ، لدينا ذراعان بنفس الطول ، وبالتالي فإن توازن الرافعة يتحقق فقط عندما تتساوى القوتان F و R مع بعضهما البعض. تُستخدم هذه الحقيقة لوزن الأجسام ذات الكتلة غير المعروفة من خلال مقارنتها بقيمة مرجعية.
المقص و مجتذب الأظافر من الأمثلة الرئيسية لاكتساب القوة ولكن الخسارة على طول الطريق. يعلم الجميع أنه كلما اقتربت ورقة من محور المقص ، كان من الأسهل قصها. على العكس من ذلك ، إذا حاولت قص الورق بأطراف المقص ، فهناك احتمال كبير أن يبدأوا في "مضغه". كلما زاد طول مقبض المقص أو مجتذب الأظافر ، كان من الأسهل إجراء العملية المقابلة.
بالنسبة للمنجنيق ، هذا مثال حي على الكسب بمساعدة رافعة في الطريق ، وبالتالي في التسارع الذي يضفيه كتفه على المقذوف.
رافعة من النوع الثاني
في جميع الروافع من النوع الثاني ، يقع الدعم بالقرب من أحد طرفي العارضة. يؤدي هذا الترتيب إلى وجود كتف واحد فقط عند الرافعة. في هذه الحالة ، يقع وزن الحمل دائمًا بين الدعم والقوة الخارجية.و يؤدي ترتيب القوى في الرافعة من النوع الثاني إلى النتيجة المفيدة الوحيدة: اكتساب القوة.
أمثلة على هذا النوع من الرافعة المالية هي عربة اليد ، التي تستخدم لتحمل الأحمال الثقيلة ، وكسارة البندق. في كلتا الحالتين ، لا يكون للخسارة على طول الطريق أي قيمة سلبية. لذلك ، في حالة الدليلعربات اليد ، من المهم فقط الحفاظ على الحمل على الوزن أثناء تحركه. في هذه الحالة ، تكون القوة المطبقة عدة مرات أقل من وزن الحمولة.
رافعة من النوع الثالث
تصميم هذا النوع من الرافعات يشبه من نواح كثيرة التصميم السابق. يقع الدعم في هذه الحالة أيضًا في أحد طرفي الحزمة ، والرافعة لها ذراع واحد. ومع ذلك ، فإن موقع القوى المؤثرة فيه يختلف تمامًا عن رافعة من النوع الثاني. نقطة تطبيق القوة F بين وزن الحمولة والدعامة
المجرفة والحاجز وقضيب الصيد والملاقط هي أمثلة بارزة على هذا النوع من الرافعة المالية. في كل هذه الحالات نفوز في الطريق لكن هناك خسارة كبيرة في القوة. على سبيل المثال ، لتحمل حمولة ثقيلة بالملاقط ، تحتاج إلى تطبيق قوة كبيرة F ، لذا فإن استخدام هذه الأداة لا يعني حمل الأشياء الثقيلة معها.
في الختام ، نلاحظ أن جميع أنواع الرافعات تعمل على نفس المبدأ. إنها لا تعطي مكسبًا في عمل نقل البضائع ، ولكنها تسمح لك فقط بإعادة توزيع هذا العمل في اتجاه تنفيذه الأكثر ملاءمة.
