السؤال: إذا كانت أكبر قراءة على الميزان 1068 N والنابض يؤثر بقوة أقصاها 89 N فما النسبة التي تستعملها الرافعة العتلة
شرح الإجابة:
في سياق دراسة الأنظمة الميكانيكية البسيطة، تبرز الرافعة العتلة كأحد أبرز الأمثلة على تحويل القوة وتحقيق الكفاءة في الأداء. هذه المسألة تندرج ضمن تطبيقات قانون العتلة الذي ينص على أن القوة الناتجة يمكن أن تكون أكبر بكثير من القوة المؤثرة، بشرط أن يتم توزيع المسافات والقوى بشكل مدروس.
في البداية، نحتاج إلى فهم العلاقة بين القوة المؤثرة والقوة الناتجة، وهي ما يُعرف بالميزة الميكانيكية. هذه الميزة تعكس قدرة الأداة على مضاعفة الجهد المبذول. ولتحديدها بدقة، نبدأ بتحليل المعطيات:
– القوة الناتجة، وهي ما يظهر على الميزان، تبلغ 1068 نيوتن. هذه القيمة تمثل الوزن الذي تم رفعه باستخدام الرافعة.
– القوة المؤثرة، وهي أقصى ما يستطيع النابض تطبيقه، تساوي 89 نيوتن. هذه هي القوة التي بُذلت فعلياً لتحريك الجسم.
عند حساب النسبة بين القوتين، نستخدم المعادلة التالية:
1068 ÷ 89 = 12
وهذا يعني أن الرافعة تضخم القوة المؤثرة بمقدار 12 مرة. النتيجة هي نسبة ميكانيكية مقدارها 12:1، أي أن كل وحدة من القوة المؤثرة تُنتج 12 وحدة من القوة الناتجة.
إقرأ أيضا:ما الذي تحتاج إليه الحيوانات لكي تعيشهذه النسبة ليست مجرد رقم، بل تعكس كفاءة التصميم الهندسي للرافعة. فكلما زادت هذه النسبة، زادت قدرة الأداة على رفع الأجسام الثقيلة باستخدام قوة صغيرة نسبياً. وهذا ما يجعل الرافعة العتلة أداة فعالة في البيئات التي تتطلب تقليل الجهد وزيادة الإنتاجية، مثل الورش الصناعية أو المختبرات الفيزيائية التعليمية.
من جهة أخرى، يمكن ربط هذه النتيجة بمبدأ حفظ الطاقة، حيث لا يتم خلق طاقة جديدة، بل يُعاد توزيعها عبر المسافات والقوى. فكلما كانت الذراع المؤثرة أطول مقارنة بالذراع المقاومة، زادت النسبة الميكانيكية، وهو ما تحقق هنا بدقة.
إقرأ أيضا:يستعمل البحارة مسطرتين متوازيتين يصل بينهما ذراعان متساويا الطول لتحديد إتجاه إبحارهم فيضعون حافة إحدى المسطرتين بمحاذاة مسار الإبحار ثم يحركونفي النهاية، هذه المسألة تقدم نموذجاً واضحاً لتطبيق المفاهيم الفيزيائية في الحياة العملية، وتُظهر كيف يمكن للطالب أن يفهم العلاقة بين النظرية والتطبيق من خلال تحليل رقمي دقيق ومنطقي.