الآلات البسيطة

تتركب معظم الآلات التي نتعامل معها في حياتنا اليومية من عدد من الآلات البسيطة، يمكن إجمالها في خمسة أنواع: الرافعة، والبكرة، والعجلة والمحور، والمستوى المائل، والبرغي والإسفين.

من المحتمل أن تكون الرافعة أول آلة بسيطة اخترعها الإنسان.

تعمل الروافع على زيادة أثر القوة بزيادة المسافة التي تؤثر خلالها القوة، والعكس صحيح. وتنقسم الروافع إلى ثلاثة أنواع بناءً على موضع: القوة المؤثرة، والمقاومة، ونقطة الارتكاز.

في النوع الثالث تقل المسافة التي تؤثر خلالها القوة.

لعبة السيسو تعتمد على قانون الرافعة؛ فلكي تتوازن مع أخيك الصغير تضطر إلى الجلوس في مكان أقرب إلى محور الارتكاز من أخيك. فيمكن موازنة قوى كبيرة بقوى أخرى صغيرة من خلال إبعادها عن محور الارتكاز، مما يجعل ذراعها أطول من ذراع القوى الكبيرة.

وإذا تأملت هذا القانون تجد أن الفائدة الآلية تزداد بزيادة ذراع القوة، وتقل بنقصانه:

• إذا تساوى ذراع القوة مع ذراع المقاومة تصبح الفائدة الآلية 1.
• إذا قلّ ذراع القوة عن ذراع المقاومة تصبح الفائدة الآلية أقل من 1، فنحتاج إلى قوة أكبر من المقاومة. وتتمثل فائدة هذه الآلات في المقدرة على التقاط الأشياء الدقيقة، أو اتّقاء الأذى الناتج عن التقاطها باليد مباشرة.

لرفع ستارة نافذة تشدّ حبلًا يمر على بكرة تغيّر اتجاه القوة.

مثال من الشكل 10 في الكتاب: صندوق وزنه 100 نيوتن؛ يلزم لرفعه بالبكرة الثابتة 100 نيوتن، وبالبكرة المتحركة 50 نيوتن فقط.

العجلة والمحور: حاول إدارة مقبض الباب بوساطة محوره، ستجد أنه من الأسهل إدارة المقبض الأكبر. فمقبض الباب مثال على العجلة والمحور. تتكوّن هذه الآلة من قرصين دائريين مثبتين معًا يدوران حول المحور نفسه؛ القرص الأكبر يُسمّى العجلة، والأصغر يُسمّى المحور.

تخيّل أنك تريد رفع أريكة إلى شاحنة على ارتفاع 1 متر من الأرض. إذا استعملت مستوى مائلًا فإن عليك أن تحرك الجسم مسافة أطول مما لو رفعته مباشرة. وحيث إن الشغل اللازم بذله ثابت في الحالتين، لذلك يلزمك قوة أقل في حالة استعمال المستوى المائل.

للصعود إلى أعلى الجبل فإن الطريق عادة ما تلتف حول الجبل؛ فهي أقل انحدارًا من الطريق المستقيمة الممتدة من الأسفل إلى سفح الجبل، ولذلك يكون تسلّقها أسهل، وإن كان عليك أن تقطع مسافة أطول.