قوة المقاومة في فتاحة الزجاجات اتجاهها إلى، الفائدة الميكانيكية أو الفائدة الآلية هو مقياس تضخيم القوة الذي يحققه استخدام أداة أو جهاز ميكانيكي أو منظومة آلية. يحفظ الجهاز استطاعة الدخل ويستبدل ببساطة الحركة بالقوى المطبقة للحصول على التضخيم المطلوب لقوة الخرج. النموذج لذلك هو قانون العتلة (أو الرافعة الميكانيكية). تدعى عناصر الآلات المصممة لإدارة القوى والحركة بهذه الطريقة باسم الآليات (أو السلاسل الآلية).
تنقل الآليات المثالية الاستطاعة دون زيادة أو نقصان. ما يعني أن الآليات المثالية لا تحوي مصادر طاقة، وتعمل دون احتكاك، وتتألف من أجسام جاسئة غير قابلة للتشوه ولا الاهتراء. يعبر عن أداء منظومة حقيقية منسوبة إلى هذه المعايير المثالية بواسطة معاملات أداء (مراديد) تأخذ بعين الاعتبار الانحرافات عن الحالة المثالية.
آلة الفائدة الميكانيكية أو آلة الفائدة الحراكية وتسمى الآلة البسيطة التي تعرض الـ فائدة الميكانيكية على سبيل المثال:
- رافعة: الكمرة المعروضة في توازن غير متحرك حول نقطة الارتكاز. وهذا نتيجة العزم الذي تنتجه القوة الموجهة "أ" عكس حركة اتجاه عقارب الساعة (العزم أ*أ) في التوازن الذي أنتجته القوة الموجهة "B" في اتجاه حركة عقارب الساعة (عزم ب*ب). فالقوة الموجهة النسبية المنخفضة "ب" تنعكس في القوة الموجهة العالية نسبيًا "A". ومن ثمّ تزيد القوة في النسبة بين القوتين أ : ب والتي تساوي نسبة المسافات بين نقطتي ارتكاز ب : أ. فهذه النسبة تسمى الفائدة الميكانيكية. وهذا الموقف النموذجي لا يهتم بالاحتكاك.
- حركة الملفاف ذو الدولاب والجزع (على سبيل المثال المفكات ومقابض الأبواب): يعتبر الملفاف في الأساس رافعة مزودة بذراع يمثل المسافة بين المحور والنقطة الخارجية للملفاف، والآخر نصف قطر المحور. ونموذجيًا يعتبر هذا فرقًا كبيرًا تامًا يؤدي إلى فائدة ميكانيكية تناسبية كبيرة. وهذا يتيح للملفافات البسيطة ذات المحاور الخشبية التي تدور في القوالب الخشبية أن تستمر في الدوران بحرية، وهذا لأن الاحتكاك تعوقه قوة الدوران للملفاف مضروبة في الفائدة الميكانيكية.
- البكارة متعددة البكرات تنتج فائدة ميكانيكية من خلال المادة المرنة المعقودة على العديد من البكرات في مقابل ذلك. ويمكن الحصول على المزيد من الفائدة الميكانيكية بإضافة المزيد من العقد والبكرات.
- مرود: يعتبر المرود سطحًا منحدرًا يُلف حول أسطوانة. فالمرور على أعلى هذا المسطح المنحدر يعتبر الفائدة الميكانيكية للمرود.
قوة المقاومة في فتاحة الزجاجات اتجاهها إلى
تُعد فتاحة الزجاجات واحدة من أنواع الآلات البسيطة المُستخدمة بشكلٍ دائم، إذ تتنوّع الآلات ما بين البسيطة والمركّبة، وسواء كانت هذه الآلات يتم إدارتها بواسطة المُحرّكات أو القوىَ البشريَّة فهي تُسهّل من أداء المهام، كالمثال الموجود لدينا وهي فتاحة الزجاجات التي تُساعد في تخفيف الحمل عن طريق تغيير القوة أو اتجاهها؛ كي تتناسب القوة مع مقدرة الآلة أو الشّخص.
عندما تعمل الألة على زيادة القوة التي يؤثر بها شخص تكون الفائدة الميكانيكية
تساوي ناتج قسمة المقاومة على القوة.
تُعرف الفائدة الميكانيكية بنسبة المقاومة على القوة، ولكن ما هي القوة؟ وما هي المقاومة؟ نعم القوة هي ما أثرته أنتَ على الآلة وتُعرف بالقوة المُسلّطة أو المُنزّلة، بينما القوة التي أثّرت بها الآلة على الشيء هي المقاومة.
على سبيل المثال في فتاحة الزجاجات حيثُ يُمكن تعريف المقاومة بأنَّها قوة رأسية إلى أعلى أثرت بواسطة فتاحة الزجاجات، لتظهر النسبة بين المقاومة والقوة بالفائدة الميكانيكية.
كيف تحسب الفائدة الآلية
عن طريق قسمة المقاومة على القوة.
تُعرف الفائدة الآلية بأنّها ناتج قسمة المقاومة على القوة، كونها تعكس عدد المرات التي تتضاعف بها القوة، فالآلة البسيطة أداة يتم استخدامها لتغيير مقدار القوة واتجاهها، أو تغيير مسافة القوة لإتمام المهمة.
ويُعرف جزء الآلة البسيطة الذي يقع عليه الجهد بذراعِ القوة، بينما الجزء الذي يعمل على توصيل هذا الجهد فهو ذراع المقاومة، والنسبة بين هاتين الجزئين هي الفائدة الآلية.
الفائدة الآلية هي عدد المرات التي تتضاعف بها القوة
نعم، عبارة صحيحة.
تُعرف الفائدة الآلية بالفائدة الميكانيكية، ويتم التعبير عنها بعدد المرات التي تتضاعف بها قوة الآلة، كما تساوي قسمة النسبة بين القوة والمقاومة، فكلما قصُر ذراع المقاومة وزاد ذراع القوة كانت القوة المؤثرة في الجسم أكبر.
الفائدة الآلية لبرغي طوله 1 سم وطول مسنه الحلزوني 4 سم تساوي
4.
إذن الفائدة الآلية لبرغي طوله 1 سم وطول مسنه الحلزوني 4 سم تساوي 4، وذلك من خلال قانون حساب الفائدة الآلية أو كما تُعرف بالفائدة الميكانيكيَّة، حيثُ تنص القوانين على الآتي:
- الفائدة الميكانيكية تساوي 1 في حال كانت قوة المقاومة مساوية للقوة المبذولة.
- وتكون الفائدة الميكانيكية أقل من الواحد إذا كانت قوة المقاومة أقل من القوة المبذولة.
- بينما تصبح الفائدة الميكانيكية أكبر من الواحد في حال كانت قوة المقاومة أكبر من القوة المبذولة.
العجلة والمحور من الآلات البسيطة
نعم.
تنقسم أنواع الآلات إلى آلات بسيطة وأخرى مركبة أو معقدة، ومن أشهر أنواع الآلات البسيطة هي العجلة والمحور، إذ يُمكن تعريف الآلة البسيطة عمومًا بأنّها أداة بسيطة التكوين تُغيّر من مقدار القوة واتجاهها، وهذه القوة التي تُبذل عند استخدام الآلة البسيطة تًعرف باسم الجهد.
من الأمثلة على الآلة البسيطة
- الرافعة.
- العجلة والمحور.
- البراغي.
- السّطح المائل.
الرافعة: تُعرف الرافعة بقضيب يتحرك حول محوره ويُسمى هذا المحور نقطة الارتكاز، حيثُ تقوم الروافع بأنواعها على مضاعفة الجهد أو السرعة، والمسافة وفي بعض الحالات تُساهم في تغيير اتجاه القوة المبذولة، ومن أشهر أمثلة الروافع المُستخدمة يوميًا في الملاهي الترفيهيّة هي أرجوحة الميزان، إذ تحمل طرفين “قوة مبذولة – قوة ناتجة” وفي المنتصف تقع نقطة الارتكاز.
حيثُ تظهر كلاً من القوة المبذولة والقوة الناتجة “المقاومة” في اتجاهين مختلفين، أو متعاكسين، وعادةً ما يتوقّف مقدار القوة على طول ذراع القوة المبذولة، أمَّا المثال الثاني والأشهر في الروافع هي عربة اليد التي تتمكّن من حمل العناصر الثقيلة، وتظهر بذراعين ونقطة ارتكاز، ولكن يكون طول ذراع القوة المبذولة أطول من ذراع القوة الناتجة وهي المقاومة.
العجلة والمحور: العجلة من أنواع الآلات البسيطة التي يسهل صُنعها للغاية، فهي تشبه الصخرة وهي تتدحرج، وبمجرّد وضع قضيب أو عصا في مركز العجلة تكون أسهل في الاستخدام، وأعم وأشمل في الفائدة، لذا فإنَّ العجلة والمحور نوع من أشهر أنواع الآلات البسيطة التي تُستخدم بهدف مضاعفة المسافة، والسرعة تمامًا كما في الرافعة.
حيثُ يأتي المحور ليُشكّل نقطة الارتكاز، بينما تُشبه وظيفة العجلة عمل ذراعي الرافعة، إذ تمثّل أنصاف أقطار التروس بمثابة ذراع للقوة، وذراع آخر للمقاومة.
البراغي: تظهر البراغي أيضًا ضمن الآلات البسيطة وتمثّل تلك البراغي سطح مائل حول أسطوانة بينما أسنانها تعمل على تغيير اتجاه القوة المبذولة، عندما يتم تدويرها داخل الأجسام بواسطة المفك.
السطح المائل: تتشابه السطح المائل مع فكرة تسلّق التلال فكلما كان التّل مائلاً في مساره، كلما كان الجهد المبذول في التسلق أكبر، تمامًا كما في السطح المائل، فكلما كان طول السطح المائل أقل كان رفع الجسم أسرع وأسهل، ولكن الجهد المبذول أكبر، وفي بعض الأحيان يتم استخدام بعض الآلات البسيطة مع السطح المائل مثل العجلة والمحور.