يستيقظ

اترك تعليقا / بواسطة /

تشرح هذه المقالة ما هي الرافعات. وهكذا، سوف تكتشف مما تتكون الرافعة في الفيزياء، والأنواع المختلفة للروافع والصيغة التي تسمح لك بحل مسائل الرافعة. بالإضافة إلى ذلك، يمكنك ممارسة النظرية من خلال حل تمارين الرافعة خطوة بخطوة.

ما هو المصعد؟

الرافعة هي آلة بسيطة تنقل القوة والحركة. بمعنى آخر، الرافعة عبارة عن جهاز ميكانيكي يعمل على زيادة القوة المطبقة على الجسم أو سرعته أو المسافة التي يقطعها.

بشكل عام، تتكون الروافع من قضيب صلب يمكن أن يدور حول نقطة ارتكاز، تسمى نقطة ارتكاز.

الرافعة قديمة جدًا، ويُعتقد في الواقع أنه تم اختراعها في عصور ما قبل التاريخ. في الواقع، فإن آلية الرافعة سهلة الصنع للغاية وهي أيضًا مفيدة جدًا لأنها تسمح لك بزيادة القوة المطبقة على الجسم بشكل كبير.

ميزات الرافعة

بالنظر إلى تعريف الرافعة، دعونا نرى ما هي الأجزاء المختلفة لهذا النوع من الآلات البسيطة:

  • نقطة الدعم أو نقطة الارتكاز (F) : هذا هو الجزء من الرافعة الذي يبقى عليه. ولذلك، فهو يدعم وزن الشريط بالكامل وكذلك الأجسام الموجودة فوقه.
  • الجهد أو القوة (P) : هذه هي القوة المطبقة على الرافعة لمواجهة الحمل على الجانب الآخر.
  • الشحنة أو المقاومة (R) : هذه هي القوة التي يجب التغلب عليها.
  • ذراع القدرة (BP) : هذه هي المسافة بين القوة ونقطة الارتكاز.
  • ذراع المقاومة (BR) : هي المسافة بين المقاومة ونقطة الارتكاز.
خصائص الرافعة

قانون الرافعة

لكي تكون رافعة من الدرجة الأولى في حالة توازن، يجب أن تتحقق المعادلة: القوة مضروبة في ذراع القدرة تساوي المقاومة في ذراع المقاومة.

وبالتالي فإن صيغة قانون الرافعة المالية هي كما يلي:

P\cdot BP=R\cdot BR

ذهب:

  • P

    هي القوة (أو الجهد).

  • BP

    هو سلاح القوة.

  • R

    هي المقاومة (أو الحمل).

  • BR

    هو ذراع المقاومة.

أنواع الرافعات

هناك ثلاثة أنواع من الروافع بناءً على الموقع النسبي للقوة والمقاومة ونقطة الارتكاز. لذلك، سيتم شرح كل نوع من الرافعات أدناه.

رافعة متميزة

رافعة الدرجة الأولى ، وتسمى أيضًا رافعة الدرجة الأولى ، هي تلك الرافعة التي لها وزن عند كل طرف من طرفيها والتي تكون، في الوضع المتوسط، نقطة ارتكاز.

ولذلك، فإن السمة الرئيسية لروافع الدرجة الأولى هي أن لديها نقطة ارتكاز (أو نقطة ارتكاز) بين الجهد (أو القدرة) والحمل (أو المقاومة).

على سبيل المثال، تعتبر الذراع المتأرجحة أو المقص أو الملقط أو الكماشة من الرافعات الأساسية. حتى جسم الإنسان يمكن أن يكون بمثابة رافعة من الدرجة الأولى عندما نحاول رفع الوزن.

علاوة على ذلك، يمكن تحليل ثلاث فئات مختلفة من روافع الدرجة الأولى:

  • رافعة من الدرجة الأولى ذات نقطة ارتكاز مركزية : تقع نقطة ارتكازها في منتصف الرافعة مباشرةً، أي أن المسافة من نقطة الارتكاز إلى القوة هي نفس المسافة من نقطة دعم المقاومة.
  • رافعة من الدرجة الأولى مع نقطة دعم قريبة من المقاومة : نقطة الدعم أقرب إلى المقاومة منها إلى القوة. إذن ذراع القوة أطول من ذراع المقاومة وبالتالي القوة أصغر من المقاومة.
  • رافعة من الدرجة الأولى مع نقطة ارتكاز قريبة من القوة : نقطة ارتكاز أقرب إلى القوة منها إلى المقاومة. إذن ذراع المقاومة أطول من ذراع القوة وبالتالي القوة أكبر من المقاومة.
تتمركز نقطة الارتكاز على رافعة الدرجة الأولى
نقطة ارتكاز رافعة الدرجة الأولى قريبة من المقاومة
نقطة ارتكاز رافعة الدرجة الأولى قريبة من القوة

رافعة من الدرجة الثانية

رافعة من الدرجة الثانية ، وتسمى أيضًا رافعة من الدرجة الثانية ، هي نوع من الروافع التي يكون فيها الحمل (أو المقاومة) بين نقطة الارتكاز (أو نقطة الارتكاز) والجهد (أو القوة).

لذا فإن روافع الدرجة الثانية لها نقطة ارتكاز عند أحد طرفي الرافعة، وفي الطرف الآخر يجب تطبيق قوة رأسية لأعلى لرفع الحمل.

على سبيل المثال، عربات اليد، وكسارات البندق، وفتاحات الزجاجات هي رافعات من الدرجة الثانية.

خصائص رافعة من الدرجة الثانية

لذلك، في روافع الدرجة الثانية، يكون ذراع القوة دائمًا أكبر من ذراع المقاومة. لذلك، في روافع الدرجة الثانية، تكون القوة دائمًا أقل من المقاومة.

رافعة من الدرجة الثالثة

رافعة الدرجة الثالثة ، والمعروفة أيضًا باسم رافعة الدرجة الثالثة ، هي الرافعة التي تبذل الجهد (أو القوة) بين نقطة الارتكاز (أو نقطة الارتكاز) والحمل (أو المقاومة).

أي أن روافع الدرجة الثالثة لها نقطة ارتكاز في أحد طرفيها، والمقاومة في الطرف الآخر، والقوة في مكان ما بين طرفي الرافعة.

على سبيل المثال، قضبان الصيد والملاقط ومقصات الأظافر هي رافعات من الدرجة الثالثة.

خصائص رافعة الدرجة الثالثة

ولذلك، بما أن المقاومة ستكون دائمًا أبعد عن نقطة الارتكاز من القوة، ففي روافع الدرجة الثالثة يكون ذراع المقاومة دائمًا أكبر من ذراع القوة. لذلك، فإن القوة المراد تحقيقها أكبر أيضًا من المقاومة.

تمارين محلولة على الرافعات

التمرين 1

وُضع جسم كتلته 50 كجم بجوار رافعة من الدرجة الأولى مصنوعة من قضيب صلب طوله 300 سم. إذا كانت المسافة بين الحمل ونقطة الارتكاز 180 سم، فكم يجب أن يزن الجسم الموضوع على الجانب الآخر من الرافعة حتى يتوازن؟

الرافعة في هذه المشكلة هي من الدرجة الأولى ولا نعرف إلا المقاومة (50 كجم) وذراع المقاومة (180 سم). ومع ذلك، بما أننا نعرف طول الشريط، يمكننا حساب ذراع القوة عن طريق طرح الطول الإجمالي للشريط مطروحًا منه طول ذراع المقاومة:

BP=300-180=120 \text{ cm}

وهكذا يمكننا تحديد قيمة القوة من خلال تطبيق قاعدة الرافعة:

P\cdot BP=R\cdot BR

نعوض البيانات في الصيغة:

P\cdot 120=50\cdot 180

وأخيرًا نحل المجهول في المعادلة:

P=\cfrac{50\cdot 180}{120}

P=75 \text{ kg}

تمرين 2

في عربة اليد، نضع جسمًا يزن 70 كجم على بعد 50 سم من نقطة الدعم. إذا كان الجزء الذي تم وضع عربة اليد فيه على بعد 140 cm من نقطة الارتكاز، فما الجهد الذي يجب أن نبذله حتى نتمكن من نقل الجسم بالعربة؟

تعتبر عربة اليد رافعة من الدرجة الثانية، حيث أن المقاومة تقع بين نقطة الارتكاز والقوة. ولذلك، لحل المشكلة يجب علينا تطبيق قانون الرافعة المالية:

P\cdot BP=R\cdot BR

نعوض بالبيانات التي نعرفها في المعادلة:

P\cdot 140=70\cdot 50

وأخيرًا نحل المجهول في المعادلة:

P=\cfrac{70\cdot 50}{140}

P=25 \text{ kg}

ولذلك يجب عليك بذل جهد يعادل رفع 25 كجم.

التمرين 3

في رافعة من الدرجة الثالثة، يجب التأثير بقوة مكافئة 60 N لمواجهة مقاومة مقدارها 15 N تقع على بعد 80 cm من نقطة الارتكاز. احسب المسافة التي يتم تطبيق القوة فيها على نقطة الارتكاز.

في مسألة الرافعة من الدرجة الثالثة، يطلب منا تحديد ذراع القوة. لذا، لحل المشكلة يجب علينا تطبيق معادلة الرافعة:

P\cdot BP=R\cdot BR

نعوض بالبيانات التي نعرفها في المعادلة:

60\cdot BP=15\cdot 80

ونحل المجهول في المعادلة:

BP=\cfrac{15\cdot 80}{60}

BP=20 \text{ cm}

ولذلك يجب أن يتم تطبيق القوة على بعد 20 سم من نقطة الارتكاز.

اترك تعليقا

لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني. الحقول الإلزامية مشار إليها بـ *

انتقل إلى أعلى