الآلات البسـيــــــــــــــــــــــــــــطـــــــــــــــ ــــة

[المجتهد92]

:rol leyes:الآل ات البسيطة:ro lleyes::ro lleyes:

تتكوّن معظم الآلات من أجزاء عدّة، مثل التّروس ومحمل الكريّات، وهي تعمل معبعضها بعضًا بطريقة معقّدة. وبغض النظر عن مدى تعقيد هذه الأجزاء، فإن جميع الآلاتتعتمد بطريقة أو بأخرى على ستّة أنواع من الآلات البسيطة. هذه الأنواع السّتة منالآلات هي : الذراع الرّافعة، والعجلة والمحور، والبكرة، والسّطح المنحدر، والإسفين،والقلاووظ.
الذراع الرّافعة : هناك ثلاثة أنواع أساسيّة من الأذرعة الرافعة اعتمادًا على نقطة توصيل الجهد، وموقعالثقل، وعلى موقع نقطة ارتكاز الرّافعة. ففي الفئة الأولى من الرّافعات، مثلالعتلة، تكون نقطة الارتكاز عادةً بين الثّقل والجهد المبذول. أمّا في الفئةالثّانية من الرّافعات، مثل عربة اليد ذات العجلة الواحدة، فإن الثقل يقع بين نقطةالارتكاز والجهد المبذول. أما الفئة الثّالثة من الرّافعات، فيكون موقع الجهدالمبذول بين الثّقل ونقطة الارتكاز، فمثلاً، عندما يرفع شخصٌ كُرَةً في كفه، يكونموقع الثّقل على اليد ونقطة الارتكاز هي الكوع، فالساعد يوفّر القوّة التي تحمل الكرة إلى أعلى .
العجلة والمحور: العجلة والمحور رافعة معدّلة، ولكن باستطاعتها أن تحرّك الثّقل مسافة أبعد منالرّافعة. ففي المِرفاع الذي يستخدم لرفع الماء من البئر، فإن الحبل الذي يحملالثّقل يكون ملفوفًا حول محور العجلة. ويبذل الجهد من خلال قبضة العمود المرفقيالموجود في جانب العجلة. ويكون مركز المحور هو نقطة الارتكاز، فالميزة الميكانيكيةللمرفاع تعتمد على النّسبة بين نصف قطر المحور والمسافة بين مركز المحور وقبضةالعمود المرفقي.
لآلة العجلة والمحور استخداماتٌ مهمة لغرض نقل البضائع الثقيلة بالدّحرجة وليسبالانزلاق. فالعجلة نفسها تعتبر من أهم الاختراعات على مدى الوقت. فهي تستخدم بكثرةفي جميع أنواع الآلات.

البكرة : عجلة يمرّعليها حبل أو حزام. وتعتبر من أنواع ا لعجلة والمحور. الفعالية الميكانيكية للبكرةالمفردة هي واحد، لأن القوّة المؤثرة في الحبل في الاتجاه السفلي تساوي الثقلالمرفوع بالطرف الآخر من الحبل الذي يمر علىالبكرة والأهمية الرئيسيةللبكرة الواحدة هي استطاعتها تغيير اتجاه القوّة. على سبيل المثال، فالشّخص يستطيعبكل سهولة أن يشدّ الحبل إلى أسفل مستخدمًا وزن جسمه لكي يرفع ثقلاً. ولكي تزيدالفعاليّة الميكانيكيّة، فإن بكرة واحدة توصل بدعامة ثابتة وأخرى توصل إلى الثّقلويسمح لها بالحركة الحرّة.
السطح المنحدر ( المستوى المائل ) : السطح المنحدر جهاز بسيط قلّمايبدو كآلة على الإطلاق. فالشخص العادي لا يستطيع رفع صندوق وزنه 100كجم لمسافة مترواحد لحمله في مؤخرة شاحنة. ولكن بوضع لوح خشبي طوله 4م من الشاحنة إلى الأرض،يتسنّى للشخص رفع ذلك الصّندوق بسهولة. وإذا انعدم الاحتكاك، فإن القوة المطلوبةلرفع الصندوق ستكون 25كجم تمامًا، فالميزة الميكانيكية للسّطح المنحدر هي طولالسّطح المنحدر مقسومًا على الارتفاع العمودي. وتزيد الميزة الميكانيكية كلمّا قلّظلّ السّطح المنحدر. ولكن يجب حمل الثّقل مسافة أطول. وبإضافة أسطوانات دوارة، يصبحمن الممكن صنع ناقلة أسطوانات دوّارة للتّقليل من الاحتكاك ولزيادة الفعالية.
الإسفين :مقارب للسطح المنحدر. ويستخدم لرفع حمل ثقيل لمسافة قصيرةأو لفصل الأخشاب. وتستخدم المطرقة لطرق وإيلاج الإسفين. ويعتمد مدى تأثير الإسفينعلى زاوية طرفه الضئيل. وكلما صغرتْ هذه الزّواية، قلّت القوّة المطلوبة لرفع ثقلمعين.
القلاووظ (المسمارالملولب) : هو في الواقع سطح منحدر ملفوف بشكل حلزوني حول عمود. والميزةالميكانيكية للقلاووظ هي تقريبًا النسبة بين محيطه والمسافة التي يتقدّمها في كلدورة.
البكّارة
البكّارة : جهاز يُستخدم لرفعالأثقال وتحريك المعدات الثقيلة ويتكون من حبال وبكرات. وتركب البكرات في أطر تسمىذات البَكَر. ولكل بكرة كُلاَّب يثبتها إلى ما تستند إليه أو إلى الحمل. ولكل ذات بَكر بكرة واحدة، ولذات البكرتَين بكرتان، وهكذا.
الميزة الآلية أو الميكانيكية : تُستعمل عبارة الميزةالآلية لتُبيِّن الدرجة التي يُمكن لآلة بسيطة، مثل الرافعة أو البكرة والبكارة، أنتزيد مقدار القوة. وتساوي الميزة الآلية المثالية للبكرة والبكارة عدد أقسام الحبلالذي يدعم البكرة المتحركة. وللبكرة والبكارة الواحدة ميزة آليَّة تقدر بـ 2. وهذايعني أن قوة جذب كيلوجرام واحد، يجب أن ترفع ما وزنه كيلوجرامين. (قوة كيلوجرامواحد، Kgf، تُعرَّف على أنها القوة المطلوبة لرفعكتلة كيلوجرام واحد. وهي تساوي 9,8 نيوتُن). أما من الناحية التطبيقية فقد تكونالحاجة ماسة إلى مزيد من الجهد للتغلب على الاحتكاك الذي يوجد دائمًا بين الحبلوالبكرة. وبمعنى آخر، فإن الوزن الذي يمكن أن يُرفع بقوة جذب كيلوجرام واحد يكونأقل من كيلوجرامين. وعلى ذلك فإنالميزة الآليَّة الفعليةلبكرة وبكارةواحدة تكون أقل من كليوجرامين.
وتقلل زيادة البكرات مسافة تحرك الحمل، وبنفس المدى، فإن زيادة البكرات تزيدالميزة الآليَّة الإضافية. وعلى سبيل المثال فإن قوة جذب لقوة 10 كجم يمكن (دوناعتبار للاحتكاك) أن ترفع كتلة وزنها 20 كجم ببكرة واحدة. لكن قوة 10 كجم يجب أنتعمل على مسافة 12 سم لتقوم برفع وزن 20 كجم لارتفاع ستة سنتيمترات. وإذا كانتالبكرة والبكارة مزدوجة فإن قوة ال 10 كجم نفسها ترفع ماوزنه 40كجم. ولكن المجهودالذي يُبذل الآن يجب أن يكون عند ارتفاع أكثر من 24 سم ليرفع كتلة 40 كجم ستةسنتيمترات.
السلسلة اللانهائية : وتسمى أيضًاالرافعةالتفاضلية، لها بكرة واحدة في أسفل البكرة التي يُثبت عليها الحمل. وللبكرةالعليا بكرتان بحجمين مختلفين. وتوصل هذه البكرات بعضها ببعض لتدور معًا. وتُدارالبكرات العليا بجذب السلسلة من البكرة الأكبر، فيُرفع الحمل. وخلال الدوران تحملالبكرة الكبرى واحدًا من السلاسل التي يعتمد عليها الحمل وفي نفس الوقت تخفض البكرةالصغرى السلسلة الأخرى. ولأن البكرات تختلف في حجمها، فإن الكبيرة منها ترفع سلسلةأزيد مما تخفضه البكرة الصغيرة. ويرتفع الحِمِل نتيجة لذلك الفرق.

لكن ما هي البكرة و ما هي مكوناتها ؟
البكرة : عَجَلَة توضع مرتفعة يُلَفُّ عليها حبل أو سير؛ لنقل الطاقة والتشغيل. وعندما يلتفالحبل حول العجلة فإن حافتها تحزز. ومع ذلك فإذا التف حول العجلة سير فإن الحافةتأخذ شكلاً أسطوانيًا ويركب السير فوق أعلى جزء من الحافة.
وتتكون أبسط البكرات من عجلة محزَّزة على محور ثابت، والحبل الملتف حولها مربوطبالأحمال المراد رفعها. أما القوة المستخدمة فهي في النهاية الأخرى من الحبل. ومثلهذهالبكرة لا تقدمأي فائدة آليَّة في عملية الرفع، ولكنها تغير اتجاه القوة التي تستهدف الحمل، ويكونذلك مهمًا عندما يصعب إدراك الفراغ تحت الحمل مباشرة. وكذلك عندما يكون الحمل فيقارب أو في حفرة أو يكون موقع التحميل زلقًا.
وعندما يتطلب الأمر قيامالبكرة بحركة دوران دائمة فإن نهايتي الحبل أو السير ترتبطانمعًا. أماالبكرة الثانية المتصلة بمصدر الطاقة، فتحقق دورانًا دائمًا للبكرة الأولى. فإذا كانتالبكرة المدورةوالبكرة المدارة من الحجم نفسه، فإن المنفعة الوحيدة التي تتحقق هي اختيارالاتجاهات التي يمكن أن تأتي منها الطاقة. أما إذا كانت البكرتان من حجمين مختلفين،فمن الممكن تحقيق المنفعة لأي من السرعتين أو القوتين. ويمكن أن نعكس اتجاه دورانالبكرة المدارةبإدخال الحبل أو السير بين البكرتين.
والنمط الثاني الأساسي من البكرات هوالبكرة المتحركة. وفيها يكون الحمل متصلاً مع محور العجلة. وتتصل إحدى نهايتي الحبل الذي يمر عبرالبكرة بدعامة ثابتةأعلى الحمل، ويكون السحب إلى النهاية الأخرى من الحبل في الاتجاه نفسه، وبذلك يتحركالحمل. والميزة الآلية للبكرة المتحركة تساوي 2. وهذا يعني أن السحب المستخدمللنهاية الخالصة من الحبل يحتاج ما يساوي نصف وزن الحمل. وكذلك يتحمل الحبل المتصلبالدعامة الثانية أيضًا نصف وزن الحمل.