السؤال: كون فرضية لا تؤثر معظم النوابض في الموازين المنزلية بقوة أكبر من 89 N كيف تتجنب كسر الميزان إذا وقفت عليه
شرح الإجابة:
لفهم كيفية تجنب كسر الميزان المنزلي، يجب أولاً إدراك البنية الفيزيائية التي يعتمد عليها هذا النوع من الأجهزة. يتكون الميزان عادةً من منصة للوقوف، متصلة بذراع ميكانيكي يعمل كرافعة، تنقل القوة الناتجة عن وزن الجسم إلى زنبرك معدني مسؤول عن قياس هذه القوة وتحويلها إلى قراءة رقمية أو مؤشر مرئي.
عندما يقف الشخص على طرف الميزان بعيداً عن نقطة ارتكاز الذراع، فإن المسافة بين نقطة تأثير الوزن والمحور (d1) تكون كبيرة، بينما تكون المسافة بين الزنبرك والمحور (d2) صغيرة. هذا التفاوت في المسافات يؤدي إلى تضخيم القوة المؤثرة على الزنبرك وفق العلاقة الرياضية:
F_زنبرك = F_وزن × d1 ÷ d2
وهنا تظهر أهمية تقليل النسبة بين d1 و d2. فكلما اقتربت نقطة الوقوف من الزنبرك، قلت قيمة d1، وبالتالي انخفضت القوة الناتجة على الزنبرك. هذا الانخفاض يحمي الزنبرك من تجاوز الحد الأقصى لقوة التحمل وهو 89 نيوتن، ويمنع حدوث تشوه دائم أو كسر في المعدن.
إقرأ أيضا:انظر الأفعوانية في الشكل 15 – 6 هل تتحرك السيارات في هذه الأفعوانية حركة دائرية منتظمة فسر إجابتكمن جهة أخرى، يخضع الزنبرك لقانون هوك الذي ينص على أن:
F_زنبرك = k × x
حيث k هو ثابت الزنبرك وx هو مقدار الاستطالة. إذا زادت القوة المؤثرة، زادت الاستطالة x، مما يرفع من احتمال تجاوز حدود المرونة للزنبرك. وعند تجاوز هذه الحدود، يفقد الزنبرك قدرته على العودة إلى شكله الأصلي، مما يؤدي إلى تلف الميزان.
لتجنب هذه المشكلة، يمكن اتباع مجموعة من الإجراءات العملية:
– الوقوف في منتصف الميزان أو أقرب ما يكون إلى جهة الزنبرك، مما يقلل من طول ذراع القوة ويخفض العزم الناتج.
– توزيع الوزن بشكل متوازن بين القدمين، لتقليل التذبذب في القوة المؤثرة وتجنب التركيز الزائد على نقطة واحدة.
– استخدام دعامة خارجية مثل الحائط أو مسند لتقليل الاهتزازات الناتجة عن الحركة، مما يخفف الحمل الديناميكي على الزنبرك.
إقرأ أيضا:إذا كانت أكبر قراءة على الميزان 1068 N والنابض يؤثر بقوة أقصاها 89 N فما النسبة التي تستعملها الرافعة العتلةعند تطبيق هذه الإجراءات، يتم تقليل الاستطالة x الناتجة عن الوزن، وتبقى القوة المؤثرة ضمن حدود الأمان. هذا لا يحمي فقط الزنبرك من الكسر، بل يحافظ أيضاً على دقة القياس ويطيل عمر الميزان. ومن هنا، يتضح أن فهم المبادئ الفيزيائية وراء عمل الميزان يتيح استخدامه بطريقة أكثر أماناً وكفاءة، دون الحاجة إلى تقنيات معقدة أو أدوات إضافية.