انواع اهرم سوم دبستان

انواع ماشین ها اهرم ها

چون مباحث کتاب از درس ماده وتغییرات آن گذشته ما هم از این مبحث می گذریم

وبه بحث در زمینه مبحث انرژی و اهرم ها می پردازیم .

 چون مباحث کتاب از درس ماده وتغییرات آن گذشته ما هم از این مبحث می گذریم

وبه بحث در زمینه مبحث انرژی و اهرم ها می پردازیم .

ماشین ها به چها رروش به ما کمک می کنند

۱- با انتقال نیرو(تقریبا همه ماشین ها در این  خاصیت مشترک هستند )

۲- با افزایش نیرو

۳- با تغییر جهت نیرو

۴- با افزایش مسافت وسرعت اثر نیرو

یکی از انواع ماشین ها اهرم ها هستندکه هر اهرم از سه قسمت مهم به نام های تکیه گاه – نیرو – جسم تشکیل شده است .

البته برای بحث درباره اهرم ها باید به این نکته هم اشاره کنیم که به فاصله تکیه گاه تا محل نیرو را بازوی محرک و از تکیه گاه تا جسم را بازوی مقاوم می نامیم .

حال براساس محل قرار گرفتن سه قسمت اصلی اهرم، اهرم ها را به سه دسته تقسیم می کنیم .

۱- اهرم نوع اول :در این نوع اهرم که تکیه گاه در بین نیرو وجسم قرار دارد دارای خصوصیات زیر می باشد :

الف- در بعضی موارد بارزوی محرک و در بعضی موارد بازوی مقاوم می تواند بلندتر باشد

ب- چون در این اهرم تکیه گاه در وسط قرار دارد جهت نیرو برعکس می شود .

ج) نمونه هایی از آن را می توان انبردست – قیچی – الاکلنگ – دیلم و…

۲- اهرم نوع دوم : در این نوع اهرم جسم در بین نیرو وتکیه گاه قرار داردو دارای خصوصیات زیر است

الف ) همیشه بازوی محرک بلند تر از بازوی مقاوم است

ب) نمونه هایی از آن را می توان چرخ دستی – فرغون – فندق شکن – درب بطری باز کن 

۳- اهرم نوع سوم : در این اهرم نیرو در بین جسم وتکیه گاه قرار دارد ودارای این خصوصیات

الف ) همیشه بازوی مقاوم بلندتر از بازوی محرک است .

ب) نمونه های از آن را می توان انبریخ  – جاروی فراشی- موچین  

خصوصیت مشترک هر سه نوع اهرم این است که هر سه اهرم در انتقال نیرو به ما کمک می کنند .

نکته ها : اگر در یک اهرم بازوی محرک بلندتر از بازوی مقاوم باشد آن اهرم مقدار نیرو را افزایش می دهد یا به اصطلاح دیگر در این نوع اهرم در نیرو صرفه جویی می شود که نمونه آن اهرم های نوع دوم هستند .

واگر دریک اهرم بازوی مقاوم بلندتر از بازوی محرک باشد آن اهرم مسافت وسرعت اثر نیرو را افزایش می دهد ، همچنین می توان گفت در وقت هم صرفه جویی می شود .نمونه آن اهرم های نوع سوم هستند .

توجه داشته باشیم که اهرم نوع اول نسبت به محل قرار گرفتن تکیه گاه می تواند در نیرو یا در وقت برای ما مفید واقع شود .

می توان گفت مطالب بالا را کتاب با این زبان بیان کرده که هر چه تکیه گاه را به جسم نزدیک کنیم ……و هرچه تکیه گاه را به نیرو نزدیک کنیم …..

در اهرم ها قانونی وجود دارد که اگر بخواهیم اهرم به حال تعادل برسد باید همیشه این رابطه درست باشد

  مقدار نیروضریدر بازوی محرک = مقدار جسم ضربدر بازوی مقاوم

که در این نمونه می توانند مقدار هریک از موارد را نداده باشند که می توانیم با کمک این قانون براساس سه مقدار داده شده دیگر مقدار مجهول را حساب کنیم .

یکی دیگر از انواع ماشَین ها سطح شیبدار است

سطح شیبدار : سطح مایلی که دو سطح غیر هم ارتفاع را بهم مرتبط می سازد . دقت کنیم که در یک سطح شیبدار اگر ارتفاع ثابت باشد هر چه طول سطح شیبدار بیشتر شود انجام کار برای ما آسانتر است

 نکته مهم دیگر اینکه در حالتی که ارتفاع ثابت باشدومقدار طول تغییر کند وما در هر دو حالت وزنه یکسانی را بالا ببریم مقدار کار ما در هر دو حالت مساوی می باشد .سطح شیبدار در زندگی انسان کاربردهای زیادی دارد مثل نردبان – پیچ که یک سطح شیبدار مارپیچ است و….

نوع دیگری از ماشین ها قرقرها هستند که ساده ترین آن قرقره ای است که از یک قرقره تشکیل شده است که ما به همان اندازه که طناب را بکشیم جسم به بالا حرکت می کند مثل قرقره پرچم

در بعضی قرقرهای مرکب بسته به تعداد قرقره مورد استفاده ممکن است ما با کشیدن ۶

متر طناب جسم سه متر یا دو متر جابجا شود( البته کار کشیدن طناب( به زبان ساده)

راحت تر خواهد بود ودر عوض مقدار بیشتری طناب راباید بکشیم) به عنوان مثال اگر به

 قرقره ای که با آن موتور ماشین را بالا می کشند دقت کنیم می بینیم که با کشیدن

چند متر طناب یا زنجیر موتور چند سانتی متر جابجا می شود . البته چون در کتاب به

این مبحث کمتر پرداخته شده از توضیح بیشتر آن خوداری می کنم .

نوع دیگر ماشین ها می توان از گوه – چرخ ومحور و سایر ماشین های پیچیده نام برد .

 در ادامه به بحث انرژی ها وتبدیل آنها خواهیم پرداخت. 

در این مطلب درباره انواع اهرم صحبت می‌کنیم. اهرم‌ها ماشین‌های ساده‌ای هستند که انجام کار را راحت‌تر می‌کنند. انواع اهرم را می‌توان بسته به مکان نیروی محرک، نیروی مقاوم و تکیه گاه به سه دسته تقسیم کرد. در این مطلب انواع اهرم را معرفی می‌کنیم و ویژگی‌های هر نوع را بیان خواهیم کرد.

ماشین ساده چیست؟

ماشین‌های ساده ابزار مکانیکی هستند که انجام کار را آسان‌تر می‌کنند. ترکیبی از دو یا چند ماشین ساده که با هم کار می‌کنند یک ماشین مرکب می‌سازد. این ماشین‌ها زمانی که نیرو به یک جسم وارد می‌شود، انواع مختلفی از حرکت را پدید می‌آورند. هر دو نوع ماشین‌های ساده و مرکب انجام کار فیزیکی را با تغییر جهت و اندازه نیرو آسان‌تر می‌کنند. به صورت کلی شش نوع ماشین ساده وجود دارد که عبارتند از:

در این مطلب بر روی اهرم تمرکز می‌کنیم و ویژگی‌ها و انواع اهرم را بررسی می‌کنیم.

اهرم چیست؟

اهرم یک ماشین ساده است که از یک جسم سخت و یک تکیه گاه تشکیل شده است. نیرو وارد شده یا نیروی ورودی و بار که به عنوان نیروی خروجی عمل می‌کند بر روی اهرم اثر می‌کنند. تکیه گاه نقطه‌ای است که اهرم حول آن می‌چرخد. وقتی نیرو به یک سمت اهرم وارد می‌شود، این نیرو به سمت دیگر اهرم یعنی بار منتقل می‌شود و باعث حرکت بار به سمت بالا می‌شود.

عملکرد اهرم‌ها به اصل و تعریف گشتاور وابسته است. گشتاور مقدار نیروی لازم برای چرخش یک جسم حول محور یا تکیه گاه است.

مزیت مکانیکی چیست؟

اهرم یک مزیت مکانیکی ایجاد می‌کند. مزیت مکانیکی اشاره به این دارد که یک ماشین ساده چگونه از یک نیروی ورودی استفاده می‌کند. مکان اعمال نیرو، بار و تکیه گاه نوع اهرم و میزان مزیت مکانیکی ماشین را مشخص می‌کند. هر چه فاصله بین نیروی وارد شده و تکیه گاه بیشتر باشد، حرکت بار یا جسمی که قصد حمل آن را داریم آسان‌تر می‌شود. مزیت مکانیکی را می‌توان توسط رابطه زیر تعریف کرد و داریم:

$$la ge colo pu ple Mecha ical Adva age=f accolo blueEffo (i pu fo ce)colo edLoad (ou pu fo ce)=f acDis a ce f om colo blueEffo o Fulc umDis a ce f om colo edLoad o Fulc um$$

در حقیقت اگر فاصله بین نیرویی که وارد می‌کنیم و تکیه گاه بیشتر از فاصله بین بار و تکیه گاه باشد، اهرم دارای مزیت مکانیکی است. به بیان دیگر نسبت بین این دو فاصله باید بزرگتر از یک باشد تا اهرم مزیت مکانیکی داشته باشد.

تحلیل فیزیکی این بیان این است که اگر فاصله بین نقطه‌ای که می‌خواهیم نیرو وارد کنیم و تکیه گاه بلند و فاصله بین بار و تکیه گاه کوتاه باشد، مقدار بسیار کم نیرو باعث حرکت بار بسیار بزرگی می‌شود.

گشتاور چیست؟

همان طور که گفتیم اساس کار اهرم‌ها گشتاور است. در این بخش به اختصار در مورد گشتاور صحبت می‌کنیم. برای آشنایی بیشتر با گشتاور و ویژگی‌های آن مطلب گشتاور چیست؟ – به زبان ساده را در مجله فرادرس مطالعه کنید. به طور کلی می‌توان گفت گشتاور اندازه نیرویی است که می‌تواند باعث چرخش یک جسم در اطراف یک محور شود. همانطور که نیرو باعث سرعت بخشیدن به یک جسم در سینماتیک خطی می‌شود، گشتاور نیز همان چیزی است که باعث می‌شود جسم شتاب زاویه‌ای پیدا کند. گشتاور یک بردار است. جهت بردار گشتاور بستگی به جهت نیرو در محور دارد.

هر کسی که تا به حال یک در را باز کرده است درک درستی از گشتاور دارد. هنگامی که شخص درب را باز می‌کند، از کنار لولا به در فشار می‌آورد. هل دادن در نزدیک به لولاها به نیروی قابل توجهی نسبت به فاصله دورتر از لولاها نیاز دارد، اگرچه کار انجام شده در هر دو مورد یکسان است اما در حقیقت نیروی بیشتری در مسافت کمتر از تکیه گاه اعمال می‌شود. به این ترتیب چون مردم معمولاً ترجیح می‌دهند نیروی کمتری وارد کنند، از این رو محل معمول دستگیره در در دورترین فاصله از لولا است.

گشتاور می‌تواند استاتیک یا دینامیک باشد. گشتاور استاتیکی گشتاوری است که شتاب زاویه ای تولید نمی‌کند. شخصی که درب بسته را فشار می‌دهد گشتاور ایستایی را به درب وارد می‌کند زیرا با وجود نیرویی که وارد می‌شود درب دور لولاهای خود نمی‌چرخد. کسی که با سرعت ثابت رکاب دوچرخه را می‌زند نیز گشتاور ایستایی اعمال می‌کند زیرا تغییرات سرعت ندارد و شتاب نمی‌گیرد.

میل لنگ در یک اتومبیل مسابقه‌ای که از خط شروع شتاب می‌گیرد یک گشتاور دینامیک را ایجاد می‌کند زیرا با توجه به شتاب گرفتن ماشین در مسیر، باید شتاب زاویه‌ای چرخ‌ها را تولید کند.

اصطلاحاتی که هنگام توصیف گشتاور استفاده می‌شود می‌تواند گیج کننده باشد. بعضی اوقات مهندسان از اصطلاح مومنت یا نیرو مومنت به جای گشتاور استفاده می‌کنند. به شعاعی که نیرو در آن عمل می‌کند نیز گاهی بازوی مومنت گفته می‌شود.

گشتاور چگونه محاسبه می شود؟

مقدار بردار گشتاور $$ au$$ برای گشتاوری که توسط یک نیروی معین F تولید می‌شود برابر است با:

$$la ge au=F. si ( he a)$$

که $$ $$ طول بازوی مومنت است و $$ he a$$ زاویه بین بردار نیرو و بازوی مومنت است. در مورد در نشان داده شده در تصویر بالا، زاویه بین نیرو و بازو ۹۰ درجه است در نتیجه $$si $$ این زاویه برابر با ۱ است و داریم:

$$la ge au=F. $$

جهت بردار گشتاور با استفاده از قانون دست راست مشخص می‌شود. اگر انگشتان دست را حول محور چرخش قرار دهیم به طوری که انگشتان در جهت نیرو باشند، جهت انگشت شصت در جهت گشتاور است. این موضوع در شکل زیر نمایش داده شده است.

یک اهرم از چه قسمت‌هایی تشکیل شده است؟

یک اهرم چهار قسمت اصلی دارد که شامل تخته یا میله، تکیه گاه یا پیوت، نیروی ورودی یا نیروی محرک و بار یا نیروی مقاوم هستند. میله اهرم به سادگی می‌تواند یک تخته چوبی، فلزی یا هر جنس دیگری که سخت است، باشد که آزادانه می‌تواند حول پیوت یا تکیه گاه گردش کند. این ابزارها ماشین‌های ساده‌ای هستند که در بسیاری از مکان‌ها می‌توانید آن‌ها را ببینید.

وقتی که یک سمت اهرم را به سمت پایین حرکت می‌دهید یک نیروی محرک وارد می‌کنید، در این حالت اهرم حول تکیه گاه حرکت می‌کند و یک نیرو به بار وارد می‌شود. اهرم‌ها انجام کار را با افزایش نیروی محرک و تغییر جهت این نیرو آسان‌تر می‌کنند.

اجزای اهرم همواره با یک ترکیب ثابت و مشخص قرار ندارند و نیروی مقاوم یا بار، نیروی محرک و ورودی و تکیه گاه ممکن است در مکان‌های مختلفی بر روی اهرم قرار بگیرند. این موضوع سبب می‌شود که اهرم‌ها را به سه دسته کلی تقسیم بندی کنیم. در ادامه سه دسته مختلف اهرم‌ها را معرفی می‌کنیم.

اصول اهرم‌ها چیست؟

با آزمایش این نتیجه به دست آمده است که دو نیروی برابر که خلاف جهت هم اثر می‌کنند (یعنی ساعتگرد و پادساعتگرد)، در یک اهرم ثابت که هر دو نیرو در فواصل یکسان از تکیه گاه هستند یک تعادل یا حالت ثابت را در اهرم به وجود می‌آورند.

این آزمایش همچنین نشان می‌دهد که نیروهای نابرابر در جهت‌های مخالف هم حرکت می‌کنند. در این حالت زمانی تعادل به وجود می‌آید که حاصلضرب اندازه یک نیرو در بازوی محرک یا بازوی اهرم (فاصله میان نقطه اعمال نیرو تا تکیه گاه) برابر با حاصلضرب اندازه نیروی دیگر در بازوی آن باشد.

در فیزیک حاصلضرب نیرو در بازوی نیرو برابر با گشتاور نیرو است. بر اساس قوانین فیزیکی و بر اساس قانون گشتاور، تعادل زمانی برقرار است که مجموع گشتاور نیروهایی که خلاف جهت حرکت ساعت اعمال می‌شوند برابر با مجموع گشتاور نیروهایی که در جهت حرکت ساعت اعمال می‌شوند، باشد. به همین دلیل احتمال دارد که بتوانیم برای غلبه بر یک نیروی بزرگ در یک فاصله نزدیک به تکیه گاه از یک نیروی کوچک در یک فاصله بزرگ از تکیه گاه استفاده کنیم. شواهد تاریخی نشان می‌دهد که ارشمیدس در زمان حیات خود ادعا می‌کرد که می‌تواند با ایستادن در نقطه‌ای، عالم را به حرکت درآورد.

تعادل در اهرم‌ها چگونه است؟

تصور کنید دو جسم بر روی یک اهرم در یک تکیه گاه به صورت متعادل قرار گرفته‌اند. در این وضعیت می‌بینیم که چهار کمیت اصلی قابل اندازه گیری است که این موارد عبارتند از:

در اینجا اهرمی که بررسی می‌کنیم یک اهرم ایده‌آل است و در نتیجه هیچ نیروی اصطکاکی بین اهرم و تکیه گاه وجود ندارد و هیچ نیروی دیگری مانند وزش نسیم نیز وجود ندارد که این حالت تعادل را به هم بزند.

مردم با این پارامترها از قبل و زمانی که وزنه و ترازو وارد تجارت و کسب و کار شد آشنایی دارند. اگر فاصله‌ها از تکیه گاه یکسان باشند (یعنی از لحاظ ریاضی $$a=b$$ باشد) در صورت یکسان بودن وزنه‌ها (یعنی $$M_1=M_2$$) اهرم در حالت تعادل خواهد بود. اگر وزن هر یک از وزنه‌ها را در یک اهرم متعادل بدانید به راحتی می‌توانید وزن جسم دیگر در طرف مقابل اهرم را با اطمینان عنوان کنید.

وقتی a برابر با b نباشد شرایط بسیار جالب می‌شود. در این شرایط آنچه ارشمیدس کشف کرد این بود که برای حفظ تعادل بین حاصلضرب جرم و فاصله دو طرف اهرم رابطه ریاضی دقیقی وجود دارد، در حقیقت داریم:

$$la ge M_1 a=M_2 b$$

با استفاده از این فرمول می‌توان مشاهده کرد که اگر فاصله یک طرف اهرم را دو برابر کنیم، برای حفظ تعادل باید جرم را نصف کنیم. یعنی داریم:

$$la ge a=2b$$

$$la ge M_1 a=M_2b$$

$$la ge M_1(2b)=M_2(b)$$

$$la ge 2M_1=M_2$$

$$la ge M_1= 0.5 M­_۲$$

این مثال بر اساس قرار گرفتن جسم بر روی اهرم بنا شده است اما این جرم می‌تواند با هر چیزی که به اهرم نیروی فیزیکی وارد می‌کند، از جمله فشار دست یک فرد جایگزین شود. این مثال بیشتر برای این است که یک درک شهودی از اهرم و تعادل اهرم‌ها داشته باشید. حال در مثال بالا فرض کنید $$M_2$$ برابر با ۱۰۰۰ کیلوگرم باشد، در این حالت برای ایجاد تعادل در اهرم، $$M_1$$ باید نصف شود و برابر با ۲۵۰ کیلوگرم باشد. همچنین اگر $$a=4b$$ باشد، برای حفظ تعادل در اهرم با وزنه ۱۰۰۰ کیلوگرمی، باید در طرف مقابل وزنه ۲۵۰ کیلوگرمی قرار دهید. بدین ترتیب می‌توانید در اهرم تعادل ایجاد کنید.

شاید اینجا باشد که بتوانید واژه اهرم را در اقتصاد یا سیاست نیز درک کنید، یعنی استفاده نسبتاً کمتری از قدرت برای به دست آوردن مزیتی به مراتب بزرگتر و با درجه اهمیت بیشتر.

معرفی فیلم آموزش علوم تجربی پایه نهم – بخش فیزیک

مجموعه فرادرس در تولید و تهیه محتوای آموزشی خود اقدام به تهیه فیلم آموزش علوم تجربی پایه نهم – بخش فیزیک برای دانش آموزان مقطع نهم کرده است. این مجموعه آموزشی از چهار درس تشکیل شده و برای دانش‌آموزان پایه نهم علوم تجربی مفید است.

درس اول این مجموعه به مفاهیم حرکت و انواع حرکت، تندی متوسط و لحظه‌ای و شتاب اختصاص دارد. درس دوم در مورد نیرو، انواع نیرو و قوانین نیوتن صحبت خواهد کرد و درس سوم به بررسی فشار و آثار آن می‌پردازد. در نهایت و در درس چهارم ماشین‌های ساده، ماشین‌های پیچیده، قرقره‌ها، گوه، سطوح شیبدار، پیچ، اهرم‌ها و مزیت مکانیکی آموزش داده می‌شود.

انواع اهرم ها چه هستند؟

به صورت کلی سه نوع اهرم وجود دارد: اهرم نوع اول، اهرم نوع دوم و اهرم نوع سوم. تفاوت بین این سه نوع اهرم به مکان نیرو، محل تکیه گاه و بار بستگی دارد. در ادامه این سه نوع اهرم را معرفی می‌کنیم.

انواع اهرم : اهرم نوع اول چیست؟

در اهرم نوع اول تکیه گاه بین مکان اعمال نیروی محرک و بار قرار گرفته است. اگر تکیه گاه نزدیک به نیروی مقاوم یا همان بار باشد، نیرو و تلاش کمتری برای حرکت دادن بار لازم است.

اگر تکیه گاه نزدیک به نیروی محرک باشد، در نتیجه نیروی محرک بیشتری برای حرکت دادن بار لازم است. پس به صورت کلی باید گفت فاصله کم بین تکیه گاه و بار منجر به مصرف نیروی کمتر برای حرکت دادن بار می‌شود.

الکلنگ، جک ماشین و دیلم نمونه‌هایی از اهرم نوع اول هستند. اهرم‌های نوع اول به عنوان ابزار بسیار مناسبی برای بلند کردن اجسام با یک نیروی محرک کوچک معرفی می‌شوند.

ابزارهایی از نوع اول اهرم را نام ببرید؟

همان طور که گفتیم در نوع اول اهرم، تکیه گاه بین نیروی مقاوم و محرک قرار گرفته است. از ابزارهایی که از نوع اول اهرم استفاده می‌کنند، می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

انواع اهرم : اهرم نوع دوم چیست؟

در اهرم نوع دوم جسم یا نیروی مقاوم بین نیروی محرک و تکیه گاه قرار گرفته است. اگر نیروی مقاوم در فاصله کمتری نسبت به تکیه گاه قرار گرفته باشد، بنابراین نیروی کمتری برای حرکت دادن بار نیاز است. اگر نیروی مقاوم نزدیکتر به نیروی محرک باشد در نتیجه نیروی بیشتری برای حرکت دادن بار نیاز است.

در نتیجه در اهرم نوع دوم فاصله کمتر بین نیروی مقاوم و تکیه گاه باعث صرف نیروی کمتر برای حرکت دادن بار می‌شود. از ابزار نوع دوم اهرم‌ها می‌توان به فرغون، پارو و دربازکن اشاره کرد.

ابزارهایی از نوع دوم اهرم را نام ببرید؟

همانگونه که بیان شد در اهرم نوع دوم نیروی مقاوم بین تکیه گاه و نیروی محرک قرار دارد. از ابزارهای مختلفی که از این نوع اهرم استفاده می‌کنند می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

انواع اهرم : اهرم نوع سوم چیست؟

در این نوع اهرم نیروی محرک مابین نیروی مقاوم و تکیه گاه قرار دارد. همچنین هر چه فاصله بین بار و نیروی محرک بیشتر باشد، مزیت مکانیکی این اهرم بیشتر می‌شود. برای مثال انبرهای باربکیو نمونه‌ای از اهرم‌های نوع سه هستند. از ابزارهای دیگر اهرم نوع سوم می‌توان به جارو و میله ماهیگیری اشاره کرد. در این نوع اهرم جهت نیرو و حرکت بار یکسان است.

ابزارهایی از نوع سوم اهرم را نام ببرید؟

همان طور که گفتیم در اهرم نوع سوم، نیروی محرک در میان نیروی مقاوم و تکیه گاه است. از ابزارهای اهرم نوع سوم می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

قانون انواع اهرم ها چیست؟

اصل اساسی ریاضی اهرم این است که می‌توان از فاصله تا تکیه گاه برای تعیین نحوه ارتباط بین نیروهای محرک و مقاوم با یکدیگر استفاده کرد. اگر معادله تعادل اهرم را در نظر بگیریم و آن را به یک نیروی محرک ($$F_i$$) و نیروی مقاوم $$F_o$$ تعمیم دهیم، معادله‌ای به دست می‌آوریم که بیان می‌کند در هنگام کار یک اهرم، پایستگی گشتاور برقرار است و داریم:

$$la ge F_i a=F_o b$$

این رابطه به ما اجازه می‌دهد تا فرمولی برای مزیت مکانیکی یک اهرم، که نسبت نیروی محرک به نیروی مقاوم است به دست آوریم و در نتیجه داریم:

$$la ge Mecha ical Adva age=f acab=f acF_oF_i$$

در مثال قبلی که در بخش تعادل در اهرم بیان شد و در آن $$a=2b$$ بود مزیت مکانیکی ۲ به دست می‌آید به این معنی که می‌توان از یک جرم ۵۰۰ کیلوگرمی برای تعادل در یک جسم ۱۰۰۰ کیلوگرمی استفاده کرد.

مزیت مکانیکی به نسبت بین a و b بستگی دارد. برای اهرم‌های کلاس اول این کمیت‌ها می‌توانند هر مقداری داشته باشند اما اهرم‌های کلاس دو و کلاس سه محدودیت‌هایی را در مقادیر a و b ایجاد می‌کنند.

اهرم در انگلیسی به چه معنا است؟

در انگلیسی اهرم را با واژه Leve می‌شناسند.

چه کسی اهرم را اختراع کرد؟

ارشمیدس کسی بود که اولین بار اهرم را به جامعه معرفی کرد. اهرم یک قطعه سفت و محکم است که حول یک نقطه ثابت یا پیوت حرکت می‌کند. جسمی که قرار است جابه‌جا شود بر روی چوب قرار می‌گیرد و زمانی که نیرو به درستی بر چوب یا قطعه‌ای با هر جنس دیگری وارد می‌شود، جسم حول نقطه پیوت می‌چرخد. ارشمیدس اولین کسی بود که قوانین و اصول اهرم‌ها را در قرن سه قبل از میلاد مسیح برای جامعه توضیح داد.

مقایسه انواع اهرم ها با یکدیگر

هر سه کلاس اهرم کار را آسان می‌کنند، اما آ‌ن‌ها این کار را به روش‌های مختلف انجام می‌دهند.

مزیت اهرم‌های نوع سوم

ممکن است از خود بپرسید که چرا از اهرم نوع سوم استفاده می‌کنید در صورتی که جهت یا قدرت نیروی وارد شده را تغییر نمی‌دهد. مزیت اهرم نوع سوم این است که نیروی خروجی در مسافت بیشتری نسبت به نیروی ورودی اعمال می‌شود. انتهای خروجی اهرم باید سریعتر از انتهای ورودی حرکت کند تا مسافت بیشتری را پوشش دهد.

پرسش: جارو هنگامی که از آن برای جارو کردن کف استفاده می‌شود اهرم نوع سه است (شکل بالا را ببینید)، بنابراین انتهای خروجی اهرم سریعتر از انتهای ورودی حرکت می‌کند. این موضوع چه ویژگی دارد؟

پاسخ: با حرکت سریعتر جارو بر روی زمین، جارو کار را سریعتر انجام می‌دهد.

انواع اهرم ها چه کاربردهایی دارند؟

معمولاً از اهرم برای جابجایی یا بلند کردن اجسام استفاده می‌شود. بعضی اوقات برای فشار بر روی اشیا نیز از اهرم استفاده می‌شود اما در واقع در این حالت اجسام جابه‌جا نمی‌شوند. از اهرم‌ها می‌توان برای اعمال یک نیروی بزرگ در یک فاصله کوچک در یک انتهای اهرم فقط با اعمال یک نیروی کوچک در یک فاصله در سر دیگر اهرم استفاده کرد.

موارد استفاده از انواع اهرم

آیا انواع اهرم ها خطرناک هستند؟

اهرم‌ها می‌توانند خطرناک باشند زیرا مقدار نیرو را چند برابر می‌کنند. اما همه بدون در نظر گرفتن خطرات ناشی از اهرم روزانه از این ابزار استفاده می‌کنند. هر وقت دری را باز می‌کنید از یک اهرم استفاده می‌کنید. اکثر اهرم‌هایی که ما روزانه مورد استفاده قرار می‌دهیم ایمن هستند. اما در طول تاریخ بشر از اهرم‌ها به عنوان سلاح نیز استفاده کرده است. به چند نمونه از سلاح‌هایی که اهرم هستند می‌توان اشاره کرد که شامل نانچیکو، منجنیق و نیزه‌های خاص جنگی هستند.

انواع اهرم ها در بدن انسان

هدف از انقباض عضلات ایجاد حرکت در برخی از قسمت‌های بدن است. این مهم از طریق یک سیستم اهرم حاصل می‌شود که انواع اهرم ها را معرفی کردیم. همچنین گفتیم که هر اهرم دارای قسمت‌های زیر است:

انواع اهرم های نوع اول در بدن انسان

در این اهرم‌ها تکیه گاه بین نیروی مقاوم و نیروی محرک است. مثالی در زندگی روزمره اره برقی است. در این نوع اهرم تکیه گاه بین نیروی مقاوم و نیروی محرک است. یک مثال روزانه این نوع اهرم الکلنگ است. در بدن انسان نیز این نوع اهرم را در ساختار سر می‌توان مشاهده کرد.

انواع اهرم نوع دوم در بدن انسان

در این نوع اهرم همان طور که گفتیم نیروی مقاوم بین تکیه گاه و نیروی محرک است. این نوع اهرم از موثرترین انواع اهرم است زیرا یک نیروی نسبتاً کم می‌تواند وزن زیادی را حرکت دهد. مثالی در زندگی روزمره از انواع اهرم نوع دوم می‌تواند چرخ دستی باشد. در بدن انسان نیز ساختار پا یک نوع اهرم نوع دوم است.

انواع اهرم نوع سوم در بدن انسان

در این نوع اهرم نیروی محرک بین نیروی مقاوم و تکیه گاه است. این نوع اهرم به اندازه اهرم‌های نوع دوم کارآمد نیست، اما حرکات کوچک عضلات باعث ایجاد حرکت طولانی اهرم می‌شود. یک مثال در زندگی روزمره اهرم نوع سوم استفاده از یک موچین است. حرکت دست و بازو نیز گونه‌ای از اهرم نوع سوم است.

اکثر اهرم‌های بدن انسان اهرم‌های نوع سوم هستند که اجازه حرکت سریع را به اندام‌ها می‌دهند. برای انجام این حرکات سریع، نیروهای عضلانی زیادی لازم است. طول نسبی بازوی محرک (فاصله بین تکیه گاه و نیروی محرک) و بازوی مقاوم (فاصله بین تکیه گاه و نیروی مقاوم) به این معنی است که عضلات معمولاً نیروهایی را به مراتب بیشتر از بارهایی که جابه‌جا می‌شوند، تولید می‌کنند.

مثالی از انواع اهرم : چرخ و محور

ترکیبی از چرخ و محور یکی از نمونه‌های ماشین ساده است که ماشین‌های پیچیده‌تری از آن شکل می‌گیرند. اساس کار این ماشین یک اهرم است زیرا حرکت آن به نیروی محرک $$F_e$$ بستگی دارد که دارای بازوی اهرم بلندتری نسبت به نیروی مقاوم $$F_ $$ است. مزیت مکانیکی ایده آل این ماشین برابر با نسبت بازوهای اهرم یعنی $$f acR $$ است.

$$la ge Wheel a d axle IMA=f acR $$

مزیت بارز اهرم چرخ و محور نسبت به یک اهرم ساده این است که مسافت طی شده بار با مقدار طناب یا کابلی که دور چرخ یا محور می‌پیچید محدود می‌شود.

مثالی از انواع اهرم : قرقره

قرقره یکی از انواع ماشین‌های ساده‌ است که ماشین‌های پیچیده‌تری از آن ساخته می‌شوند. با یک قرقره ثابت و محور، مزیت مکانیکی ایده آل یعنی N = 1 است. این اهرم این مزیت را دارد که می‌توانید نیروی محرک یعنی $$F_e$$ را هدایت کنید و بنابراین می‌توانید در برابر نیروی مقاوم، حرکت انجام دهید. یک قرقره معلق مانند تصویر میانی زیر، نیروهای رو به بالا در دو طناب برابر هستند و بنابراین هر یک نیمی از بار را تحمل می‌کنند و مزیت مکانیکی ایده آل برابر با N=2 است.

با یک مجموعه چهار قرقره‌ای که در تصویر بالا نشان داده شده است شما چهار طناب دارید که در برابر نیروی مقاوم قرار دارد، بنابراین نیروی محرک یعنی $$F_e$$ که کشش طناب را ایجاد می‌کنند در حالت ایده آل فقط یک چهارم بار است، بنابراین مزیت مکانیکی ایده آل برابر با ۴ است. تمام این روابط نیرو از شرط تعادل نیروها به دست می‌آیند که در این حالت مجموع نیروهای رو به بالا برابر با مجموع نیروهای رو به پایین در هر سطح مقطع سیستم است.

مسئله انواع اهرم

پرسش: در چرخ دستی شکل بالا، بار دارای یک بازوی اهرم عمود ۵۰۷ سانتی متری است، در حالی که دست‌ها دارای بازوی اهرم عمود ۱۰۲ متری هستند. (الف) اگر جرم مجموع این سیستم ۴۵ کیلوگرم باشد، برای نگه داشتن چرخ دستی و بار آن چه نیرویی رو به بالا باید اعمال کنید؟ (ب) چرخ دستی چه نیرویی بر زمین وارد می‌کند؟

پاسخ: در اینجا ما از مفهوم مزیت مکانیکی استفاده می‌کنیم. برای قسمت اول از پایستگی گشتاور داریم:

$$la ge F_i l_i=F_o l_o$$

در نتیجه نیرویی محرک برای نگه داشتن بار یا نیروی مقاوم برابر است با:

$$la ge F_i=F_of acl_ol_i= mg f acl_ol_i$$

$$la ge F_i=(45)(9.8) (f ac0.0751.02)=32.4 N$$

در قسمت (ب) و برای به دست آوردن نیرویی که چرخ دستی به زمین وارد می‌کند طبق نمودار آزاد جسم و نیرو داریم:

$$la ge F_i N=W$$

در نتیجه N یا نیروی عمود بر سطح برابر است با:

$$la ge N=(45)(9.8)-32.4=409 N$$

در نتیجه نیرویی که چرخ به زمین وارد می‌کند برابر با ۴۰۹ نیوتن است. هر چه دسته طولانی‌تر باشد، نیروی مورد نیاز برای بلند شدن بار را کاهش می‌دهد. در این حالت مزیت مکانیکی ایده آل برابر با $$f ac1.020.075=13.6$$ است.

معرفی فیلم آموزش سینماتیک و دینامیک ماشین ها

مجموعه فرادرس در تولید و تهیه محتوای آموزشی خود اقدام به تهیه فیلم آموزش سینماتیک و دینامیک ماشین‌ها برای دانشجویان رشته‌های فنی و مهندسی کرده است. این مجموعه آموزشی از شش درس تشکیل شده و برای دانشجویان فنی مهندسی مفید است. پیش نیاز این مجموعه آموزشی، آموزش استاتیک و دینامیک است.

درس اول این مجموعه به آموزش اهرم بندی‌ها و مکانیزم‌ها اختصاص دارد. در درس دوم این مجموعه در مورد تحلیل تغییر مکان، سرعت و شتاب صحبت خواهد شد و درس سوم به مفهوم تحلیل نیرویی مکانیزم‌ها می‌پردازد. درس چهارم مربوط به مفاهیم چرخ دنده‌ها است و درس پنجم توازن (بالانس) در ماشین آلات را بررسی می‌کند. در نهایت در درس ششم و آخر این مجموعه آموزشی بادامک‌ها آموزش داده می‌شوند.

جمع بندی

در قسمت جمع بندی این نوشتار به چند سوال اساسی مبحث اهرم به صورت خلاصه خواهیم پرداخت.

اگر این مطلب برای شما مفید بوده است، آموزش‌ها و مطالب زیر نیز به شما پیشنهاد می‌شوند:

سارا داستان ( )

«سارا داستان»، دکتری فیزیک نظری از دانشگاه گیلان دارد. او به فیزیک بسیار علاقه‌مند است و در زمینه‌ متون فیزیک در مجله فرادرس می‌نویسد.