القوة مقابل المسافة: ما الذي تقايضه الرافعة

كيف تلعب القوة مقابل المسافة

1. اختر رافعة واقرأ الذراعين والحِمل والمسافة التي يتحركها أحد الطرفين في البطاقة.
2. الطرفان يدوران الزاوية نفسها، لذا يتحرك كل منهما بالتناسب مع ذراعه: ⁦s_l ÷ s_e = d_l ÷ d_e⁩.
3. للشغل، اضرب كل قوة في المسافة التي تتحركها: الشغل الداخل ⁦F·s_e⁩ يساوي الشغل الخارج ⁦W·s_l⁩. اكتب توقّعك واضغط حرّك.
4. راقب العلامة أو الخط البرتقالي: يُظهر توقّعك بجانب ما يحدث فعلًا.

ما الذي تقايضه الرافعة؟

تدور الرافعة حول نقطة ارتكازها، لذا يمسح طرفاها الزاوية نفسها. الطرف الأبعد عن نقطة الارتكاز يتحرك أبعد وأسرع، بالتناسب مع بُعده: ⁦s_l ÷ s_e = d_l ÷ d_e⁩. هذا ثمن الفائدة الآلية. العتلة التي تتيح لك الدفع بخُمس القوة تجعلك تدفع خمسة أضعاف المسافة. وفي رافعة بطيئة دون احتكاك لا تُفقد طاقة، لذا يساوي الشغل الذي تُدخله، ⁦F·s_e⁩، الشغل الذي تحصل عليه، ⁦W·s_l⁩. الرافعة لا توفّر الشغل أبدًا؛ إنها تقايض القوة بالمسافة فقط. ورافعة النوع الثالث، مثل ساعدك أو صنارة الصيد، تقوم بالمقايضة المعاكسة: تدفع أقوى من الحِمل، وفي المقابل يتحرك الحِمل أبعد وأسرع. لهذا تتصل العضلات قرب المفاصل، ولهذا يصل المضرب أو الصنارة إلى هذا البُعد.

نموذج تعليمي مركّز

الرافعة خفيفة وصلبة وتدور حول نقطة ارتكاز ثابتة. تُحرَّك نقطة واحدة، الحِمل أو القوة، بانتظام مدة ⁦2 s⁩؛ ثم تتحرك كل نقطة ⁦d·sin θ⁩ عموديًا على خط البداية للقضيب، لذا ⁦s_l ÷ s_e = d_l ÷ d_e⁩ في كل لحظة، وتحافظ السرعتان على النسبة نفسها. تتحرك الرافعة ببطء دون احتكاك، لذا يساوي الشغل الداخل الشغل الخارج. يكون التوقّع صحيحًا ضمن ⁦‎2%⁩. يجري في الزمن الحقيقي.