ماشينهاي ساده: اهرمها(42)
|
ماشينهاي ساده: اهرمها |
ابتدا تعريف چند اصطلاح:
ماشين ساده چيست؟ به هر وسيلهاي كه كار ما را ساده ميكند، يعني مي توانيم با آن كارمان را راحتتر و بيدردسرتر انجام دهيم ماشين ساده ميگويند. مانند قيچي، اهرم، قرقره، چرخ ومحور، گوه، سطحشيبدار، پيچ، ...
اما براي اين كه از چگونگي كار اهرمها ( قرقره و چرخ ومحور و گوه، سطحشيبدار، پيچ) سر در بياوريم لازم است چند اصطلاح را كه در اين زمينه كاربرد زياد دارد بدانيم با دانستن آنها يادگيري اهرم ها و قرقرهها و .... آسان خواهد بود.
نيروي محرك: نيروي است كه ميخواهد كار را انجام دهد. اين نيرو ميتواند نيروي بازوي يك كارگر باشد، مي تواند نيروي يك پسربچه باشد، ميتواند نيروي يك ماشين باشد. ميتواند ... و آن را هميشه با حرف E نمايش ميدهند.
نيروي مقاوم: نيرويي است كه ميخواهيم بر آن غلبه كنيم. يعني نيرويي كه در مقابل نيروي كار ايستادگي ميكند. اين نيرو ميتواند يك تخته سنگ باشد، مي تواند خروارها آهن قراضه باشد، ميتواند .... و با حرف R نمايش ميدهند.
تكيهگاه: نقطهاي از اهرم است كه بر روي چيزي قرار ميگيرد و حول آن نقطه ميتواند حركت دوراني داشته باشد. با حرف F نمايش ميدهند.
بازوي محرك: فاصله نيروي محرك تا تكيهگاه را بازوي محرك گويند. با LE نمايش ميدهند. ( آن نقطهاي كه كارگر نيروي خود را بر اهرم وارد ميكند به عنوان نقطهاثر نيروي محرك محسوب ميشود)
بازوي مقاوم: فاصله نيروي مقاوم تا تكيهگاه را بازوي مقاوم گويند. با LR نمايش ميدهند. ( آن نقطهاي كه چيزي يا سنگي يا باري يا ... بر اهرم اثر ميكند، نقطه اثر نيروي مقاوم است.)
حالا اين قوانين را به خاطر بسپاريم:
1- اگر بازوي محرك و بازوي مقاوم (دريك اهرم يا در يك قرقره يا در يك چرخومحور يا ...) با هم برابر باشند،(LE=LR) اين ماشين علاوه بر اين كه نيروي ما را منتقل ميكند، نيروي ما را نيز تغيير جهت ميدهد. مثلا" در يك الاكلنگ كه تكيهگاه درست در وسط اهرم قرار دارد، نيروي ما را انتقال و تغيير جهت ميدهد. يعني وقتي كه به يك سر اهرم، به طرف پايين نيرو وارد ميكنيم، سر ديگر اهرم به طرف بالا حركت ميكند.
2- اگر بازوي محرك بزرگتر از بازوي مقاوم باشد،(LE>LR) ماشين در اين حالت علاوه بر انتقال نيرو با افزايش نيرو نيز به كمك ميكند؛ يعني با نيروي كمي ميتوانيم نيروي مقاوم بزرگي را جابجا كنيم. مانند ديلم، چرخ دستي، ...
3- اگر بازوي محرك كوچكتر از بازوي مقاوم باشد. (LR>LE)(يا بازوي مقاوم بزرگتر از بازوي محرك باشد). در اين صورت ماشين علاوه بر انتقال نيرو با افزايش سرعت و مسافت اثر نيرو نيز به ما كمك ميكند. مانند جاروفراشي، ( در جاروفراشي يك سر جارو كه دست كارگر است سرعت و مسافت كمي را طي ميكند، اما سر ديگر كه جاروب ميكند هم سرعت بيشتري دارد و هم مسافت بيشتري را طي ميكند.)
حالا موارد فوق را به دقت از روي شكل زير بررسي ميكنيم در اين صورت مطلب را به خوبي خواهيم آموخت.
نيروي محرك E تكيه گاهF نيروي مقاومR
E-------------------------------F-------------------------------R
> .....بازوي محركLE ....< > ...بازوي مقاومLR .....<
اهرم نوع اول كه در آن LE=LR
براي اهرمها، قرقرهها و چرخ و محور و ... رابطه زير هميشه صادق است:
نيروي محرك × بازوي محرك = نيروي مقاوم × بازوي مقاوم
يعني:
LR×R LE = × E
براي حل مسئلههاي مربوط به اهرمها و ... كافي است كه سه مورد داده شده را در فرمول (رابطه) فوق قرار دهيم و مورد چهارم را به دست آوريم. اگر نيرو را برحسب نيوتن و بازوها را برحسب متر در نظر بگيريم كار بدست آمده بر حسب ژول خواهد بود.
اهرم فوق، اهرم نوع اول است چون تكيهگاه در بين نيروي محرك و نيروي مقاوم است.
1- حالت اول: در اهرم نوع اول اگر تكيهگاه درست وسط نيروي محرك و نيروي مقاوم باشد. اهرم علاوه بر انتقال نيرو، نيرو را هم تغيير جهت ميدهد.
2- حالت دوم: در اهرم نوع اول اگر تكيهگاه را به طرف نيروي مقاوم حركت دهيم، بازوي محرك بزرگتر از بازوي مقاوم خواهد بود. در نتيجه اين اهرم، علاوه بر انتقال نيرو، با تغيير جهت، و افزايش نيرو به ما كمك ميكند. مانند؛ انبردست، سيمچين، قيچي فلزبري، ...
3- حالت سوم: در اهرم نوع اول اگر تكيهگاه، نزديك نيروي محرك باشد، در اين صورت بازوي مقاوم بزرگتر از بازوي محرك خواهد بود. در نتيجه، علاوه بر انتقال نيرو، تغيير جهت نيرو، با افزايش سرعت و مسافت اثر نيرو به ما كمك ميكند. مانند؛ قيچي كاغذبري، قيچي پارچهبري، ...
اما در اهرم نوع دوم نيروي مقاوم بين تكيهگاه و نيروي محرك قرار دارد. يعني در يك سر اهرم، تكيهگاه و در سر ديگر اهرم، نيروي محرك قرار دارد. در اين نوع اهرم همواره بازوي محرك بزرگتر از بازوي مقاوم خواهد بود. اما هرچه نيروي مقاوم، نزديك به تكيه گاه باشد بازوي محرك نسبت به بازوي مقاوم بزرگتر خواهد بود. اين نوع اهرم، با انتقال نيرو، و افزايش نيرو به ما كمك ميكند. مانند چرخ دستي، فندقشكن،...
مثلا" در چرخ دستي هرچه بار به طرف چرخ نزديكتر باشد، بازوي محرك نسبت به بازوي مقاوم بزرگتر خواهد بود. در نتيجه با نيروي محرك كمي، نيروي مقاوم زيادي را ميتوانيم جابجا كنيم.
نيروي محرك E نيروي مقاومR > ...... بازوي مقاومLR ...........< تكيهگاه F
E----------------------------------R-----------------------------------------F
> ....................... بازوي محركLE .............................<
اهرم نوع دوم كه در آن LE>LR
در اهرم نوع سوم، نيروي محرك بين تكيهگاه و نيروي مقاوم قرار دارد. يعني در يك سر اهرم تكيهگاه و در سر ديگر اهرم نيروي مقاوم قرار دارد. در اين نوع اهرم چون بازوي مقاوم بزرگتر از بازوي محرك است، بنابراين اهرم نوع سوم علاوه بر انتقال نيرو، با افزايش سرعت و مسافت اثر نيرو به ما كمك مي كند. مانند جارو فراشي.
در جارو فراشي نيروي محرك بين نيروي مقاوم و تكيهگاه است. يعني يك سر جارو كه در دست چپ كارگر قرار دارد، تكيهگاه محسوب ميشود. سر ديگر كه خاك را جاروب ميكند، نيروي مقاوم است و دست راست، نيروي محرك را وارد ميكند.
> .................. بازوي مقاوم LR ........................<
نيروي مقاوم R نيروي محرك E تكيهگاه F
R------------------------------E-----------------------------------F
> .... بازوي محرك LE .......<
اهرم نوع سوم كه در آن LR>LE
همهي اين موارد بالا در مورد ماشينهايي كه 
مانند اهرمها (قرقرهها، چرخومحور، گوه، سطحشيبدار، پيچ) عمل ميكنند صادق است. فقط مهم اين است كه ما جاي نيروي مقاوم، نيروي محرك، تكيهگاه و بازوها را بر روي اين ماشينها به درستي مشخص كنيم. در آن صورت كار ما بسيار ساده خواهد بود.