الآلات البسيطة — الروافع والبكرات والمستوى المائل — مبدأ اشتغالها واستخداماتها في الحياة اليومية — العلوم الفيزيائية — السنة الثانية متوسط — المنهاج الجزائري

مقدمة

الآلات البسيطة هي أدوات ميكانيكية أساسية تُستخدم لتسهيل أداء الأعمال وتوفير الجهد والوقت. تعتمد مبدأ اشتغالها على تحويل اتجاه القوة أو مقدارها أو نقطة تطبيقها. في هذا الدرس، نتعرف على أهم الآلات البسيطة: الرافعة، البكرة، والمستوى المائل.

الأهداف التعليمية

• تعريف الآلة البسيطة وذكر خصائصها.
• شرح مبدأ اشتغال الرافعة وأنواعها.
• تمييز أنواع البكرات وفهم دورها في رفع الأثقال.
• حساب الفائدة الآلية للمستوى المائل.
• تطبيق المفاهيم في أمثلة من الحياة اليومية.

1. مفهوم الآلة البسيطة

الخاصية	الوصف
التعريف	أداة ميكانيكية تعمل بقوة واحدة (قوة الدخل) لتغلّب على قوة أخرى (قوة المقاومة).
الفائدة الآلية	نسبة قوة المقاومة إلى قوة الدخل: FM = R / F
مبدأ حفظ الطاقة	الشغل المبذول = الشغل المتحصل عليه (مع إهمال الاحتكاك).

2. الرافعة (Levier)

الرافعة عبارة عن قضيب صلب يرتكز على نقطة ثابتة تسمى نقطة الارتكاز. تؤثر عليها قوة الدخل (F) وتؤثر قوة المقاومة (R) عند نقطتين مختلفتين.

أنواع الروافع

• الرافعة من النوع الأول: نقطة الارتكاز بين القوة والمقاومة (مثل: المقص، العتلة، الميزان ذو الكفتين).
• الرافعة من النوع الثاني: المقاومة بين الارتكاز والقوة (مثل: كسارة البندق، العربة اليدوية).
• الرافعة من النوع الثالث: القوة بين الارتكاز والمقاومة (مثل: الملقط، مضرب التنس، صنارة الصيد).

قانون الرافعة

F × d_F = R × d_R

حيث: F = قوة الدخل، d_F = ذراع القوة، R = قوة المقاومة، d_R = ذراع المقاومة.

مثال محلول

نريد رفع صخرة وزنها 600 N باستخدام عتلة طولها 2 m. إذا وضعت نقطة الارتكاز على بعد 0.5 m من الصخرة، ما القوة اللازمة لرفعها؟

الحل:

F × d_F = R × d_R ⇒ F × (2 – 0.5) = 600 × 0.5 ⇒ F × 1.5 = 300 ⇒ F = 300 / 1.5 = 200 N

3. البكرة (Poulie)

البكرة عبارة عن عجلة محززة يدور حول محورها حبل أو سلك. تستخدم لرفع الأثقال وتغيير اتجاه القوة.

أنواع البكرات

النوع	الوصف	الفائدة الآلية
بكرة ثابتة	مثبتة في مكانها، تغير اتجاه القوة فقط	1
بكرة متحركة	تتحرك مع الثقل، تقسم القوة إلى النصف	2
نظام البكرات (Palán)	مجموعة من البكرات الثابتة والمتحركة	عدد الحبال الحاملة

4. المستوى المائل (Plan incliné)

سطح مائل يسمح برفع الأثقال بقوة أقل من وزنها. كلما كان السطح أطول وأقل انحداراً، كانت القوة اللازمة أصغر.

قانون المستوى المائل

F × L = P × h

حيث: F = القوة المبذولة، L = طول المستوى، P = وزن الجسم، h = الارتفاع.

مثال محلول

نريد رفع صندوق وزنه 400 N إلى شاحنة ارتفاعها 1 m باستخدام لوح طوله 4 m. ما القوة اللازمة؟

الحل:

F × 4 = 400 × 1 ⇒ F = 400 / 4 = 100 N

تمارين تطبيقية

1. أذكر ثلاثة أمثلة عن الرافعة من النوع الأول من حياتك اليومية.
2. ما الفائدة الآلية لبكرة متحركة واحدة؟ وكم حبلاً يحمل الثقل؟
3. نريد رفع برميل وزنه 800 N إلى منصة ارتفاعها 1.5 m باستعمال مستوى مائل طوله 6 m. احسب القوة اللازمة. (الحل: 200 N)
4. قارن بين البكرة الثابتة والبكرة المتحركة من حيث الفائدة الآلية.

خلاصة

• الآلات البسيطة تسهل العمل بتغيير مقدار القوة أو اتجاهها أو نقطة تطبيقها.
• الرافعة تعتمد على نقطة الارتكاز وتخضع لقانون العزوم.
• البكرة الثابتة تغير اتجاه القوة، والمتحركة تضاعف القوة.
• المستوى المائل يقلل القوة اللازمة مقابل زيادة المسافة المقطوعة.
• الفائدة الآلية هي نسبة المقاومة إلى القوة المبذولة.

دروس مشابهة

• القوى في الفيزياء — مفهوم القوة وتمثيلها
• الطاقة ومصادرها وتحولاتها