تشرح هذه المقالة ماهية الأوتاد (الآلات البسيطة). وهكذا، سوف تكتشف مما يتكون الإسفين عندما يتعلق الأمر بآلة بسيطة، وصيغتها وتطبيقاتها. بالإضافة إلى ذلك، يمكنك التدرب على حل المشكلة خطوة بخطوة.
ما هو الإسفين (آلة بسيطة)؟
الإسفين عبارة عن قطعة مثلثة الشكل عادة ما تكون مصنوعة من الخشب أو المعدن وتنتهي بزاوية حادة جدًا. يعتبر الإسفين واحدًا من ست آلات بسيطة.
كآلة بسيطة، يتم استخدام شكل الإسفين لتغيير اتجاه القوة المطبقة عليه. وبالتالي، يتم استخدام الإسفين لفصل جسم إلى قسمين، أو لرفع جسم أو تثبيت جسم ثابت في مكانه.
تتمثل عملية الإسفين في تحويل القوة المطبقة عند نهايته إلى قوتين متعامدتين مع أسطحه المائلة. لذلك، فإن الإسفين عبارة عن آلة بسيطة يمكنها تغيير اتجاه القوة.
في البداية، يتم نقل القوة المطبقة على السطح المستوي للإسفين إلى نهايته المدببة، مما يسمح لها باختراق الجسم. بعد ذلك، عند إدخال الإسفين في الفتحة التي تم إنشاؤها، يتم تحويل القوة المطبقة على سطحه المسطح إلى قوتين موجهتين بشكل عمودي على الوجوه المائلة للإسفين، وبالتالي فصل الجسم إلى جزأين.
صيغة الوتد كآلة بسيطة
تكمن الميزة الميكانيكية للإسفين في النسبة بين ارتفاعه وعرضه. ولذلك، فإن الميزة الميكانيكية للإسفين كآلة بسيطة تساوي طول ارتفاعه مقسومًا على عرضه.
وبالتالي فإن صيغة آلة الإسفين البسيطة هي كما يلي:
وبالتالي، فإن الميزة الميكانيكية تتناسب طرديًا مع ارتفاع الإسفين، ومن ناحية أخرى، تتناسب عكسيًا مع عرض الإسفين. ولذلك فإن زاوية الزاوية هي التي تحدد الميزة الميكانيكية لهذا النوع من الآلات البسيطة.
باختصار، كلما كانت الزاوية بين الوجوه المائلة أصغر، زادت الميزة الميكانيكية لآلة الإسفين البسيطة. وهذا يعني أنه سيتعين استخدام قوة أقل للتغلب على المقاومة.
استخدام الزاوية
بمجرد أن نرى تعريف العملة كآلة بسيطة وما هي صيغتها، سنرى استخدامات العملة لفهم معناها بالكامل.
من الأمثلة الواضحة جدًا على استخدام الإسفين لكسر أو تقسيم الجسم، الفأس والمسمار، اللذين يمكنهما اختراق الجسم ثم تقسيمه إلى قسمين بفضل آلية آلة الإسفين البسيطة. على سبيل المثال، يمكن قطع الخشب باستخدام المحور.
وبالمثل، تعتمد السكين والمقص والأزاميل أيضًا على عمل الإسفين كآلة بسيطة لتقسيم الجسم إلى قسمين.
من ناحية أخرى، هناك تطبيق آخر للفالكا يتمثل في تثبيت جسم ما. على سبيل المثال، يمكنك وضع إسفين عند أسفل الباب لتثبيته في مكانه بحيث لا يتحرك، وبالتالي منع الباب من الإغلاق بسبب تيار الهواء.
حل تمرين الركن
تم تطبيق قوة رأسية قيمتها F=10 N على الزاوية التالية التي قياس زاويتها 40°. ما القوة R التي يؤثر بها كل وجه من وجوهه المائلة؟
أولاً، نقوم بعمل مخطط الجسم الحر للزاوية. ولذلك فإننا نمثل كافة القوى المؤثرة في النظام:
لاحظ أن R x و R y هما القوى التي تم الحصول عليها عن طريق توجيه القوة التي تمارسها كل من الوجوه المائلة للإسفين (R)، ويتم حسابها باستخدام الصيغ التالية:
وبالتالي، إذا وضعنا المعادلة الرأسية للقوى المؤثرة في النظام نحصل على التعبير التالي:
الآن نعوض بالتعبير عن القوة R في المعادلة:
وأخيرًا، نعوض بالبيانات في المعادلة ونمحو المجهول:
