الشغل والآلات البسيطة
العمل هو القوة التي تؤثر على الجسم وتؤدي إلى إزاحته، ويمكن قياسه بوحدة الجول. والآلات هي أدوات تساعدنا على القيام بالعمل بسهولة أكبر، وتنقسم إلى نوعين: الآلات البسيطة والآلات المعقدة.
الآلات البسيطة
الآلات البسيطة هي آلات تحتوي على نقطة ارتكاز واحدة فقط، مثل الرافعة والبكرة والمسمار والعجلة والمحور والسطح المائل والوتد. تعمل الآلات البسيطة عن طريق تغيير اتجاه أو مقدار القوة التي نطبقها على جسم ما.
الرافعة
الرافعة عبارة عن قضيب صلب يدور حول نقطة ارتكاز. يمكننا استخدام الرافعة لتحريك الأشياء الثقيلة عن طريق تطبيق قوة صغيرة على أحد طرفيها. فمثلاً، نستخدم الرافعة لرفع الأثقال في صالة الألعاب الرياضية.
هناك ثلاثة أنواع من الروافع، وهي الرافعة من الدرجة الأولى والرافعة من الدرجة الثانية والرافعة من الدرجة الثالثة. في الرافعة من الدرجة الأولى، تكون نقطة الارتكاز بين القوة والجسم. في الرافعة من الدرجة الثانية، يكون الجسم بين نقطة الارتكاز والقوة. وفي الرافعة من الدرجة الثالثة، تكون القوة بين نقطة الارتكاز والجسم.
البكرة
البكرة عبارة عن عجلة ذات حافة محززة. يمكننا استخدام البكرة لرفع الأشياء الثقيلة عن طريق تغيير اتجاه القوة التي نطبقها عليها. فمثلاً، نستخدم البكرة لرفع العلم على سارية العلم.
هناك نوعان من البكرات، وهما البكرة الثابتة والبكرة المتحركة. البكرة الثابتة عبارة عن بكرة لا تتحرك، بينما البكرة المتحركة عبارة عن بكرة متصلة بالحمل. البكرة المتحركة لها ميزة ميكانيكية أكبر من البكرة الثابتة.
المسمار
المسمار عبارة عن قضيب مدبب لولبي. يمكننا استخدام المسمار لتثبيت الأشياء معًا عن طريق لفه في أحد الأجسام. فمثلاً، نستخدم المسامير لتثبيت الألواح الخشبية معًا.
المسمار هو في الواقع رافعة مائلة. عندما ندير المسمار، فإننا نطبق قوة على رأس المسمار، مما يتسبب في لفه في الجسم. كلما زادت حدة لولب المسمار، زادت القوة الميكانيكية له.
العجلة والمحور
العجلة والمحور عبارة عن عجلة متصلة بمحور. يمكننا استخدام العجلة والمحور لتحريك الأشياء الثقيلة عن طريق تطبيق قوة صغيرة على العجلة. فمثلاً، نستخدم العجلة والمحور لرفع السيارة باستخدام الرافعة.
العجلة والمحور هو في الواقع رافعة من الدرجة الأولى. عندما ندير العجلة، فإننا نطبق قوة على محيط العجلة، مما يتسبب في رفع الحمل. كلما زادت نسبة قطر العجلة إلى قطر المحور، زادت القوة الميكانيكية لها.
السطح المائل
السطح المائل عبارة عن سطح مائل. يمكننا استخدام السطح المائل لتحريك الأشياء الثقيلة إلى أعلى أو لأسفل عن طريق تقليل كمية القوة اللازمة للرفع. فمثلاً، نستخدم السطح المائل لتحميل الأثاث إلى شاحنة.
السطح المائل هو في الواقع رافعة من الدرجة الثالثة. عندما ندفع جسمًا إلى أعلى على سطح مائل، فإننا نطبق قوة على الجزء السفلي من الجسم، مما يتسبب في رفعه إلى أعلى. كلما زاد طول السطح المائل نسبة إلى ارتفاعه، زادت القوة الميكانيكية له.
الوتد
الوتد عبارة عن إسفين مدبب. يمكننا استخدام الوتد لتشقق الأشياء أو لجعلها أكثر إحكامًا عن طريق دفعه بينها. فمثلاً، نستخدم الأوتاد لتشقق الحطب أو لتثبيت الخيام.
الوتد هو في الواقع رافعة من الدرجة الثانية. عندما ندفع الوتد بين جسمين، فإننا نطبق قوة على الجزء الخلفي من الوتد، مما يتسبب في فصلهما أو إحكامهما.
الخاتمة
الآلات البسيطة هي أدوات قوية يمكننا استخدامها لجعل العمل أسهل. فهي تعمل عن طريق تغيير اتجاه أو مقدار القوة التي نطبقها على جسم ما. ونحن نستخدم الآلات البسيطة في حياتنا اليومية في مجموعة متنوعة من الطرق، من رفع الأثقال إلى تثبيت الألواح الخشبية إلى تشقق الحطب.
