كتب الفائدة الميكانيكية
اذا لم تجد ما تبحث عنه يمكنك استخدام كلمات أكثر دقة.
الفائدة الميكانيكية (معلومة)
يستخدم ذراع الرافعة نقطة ارتكاز لرفع الحمل لمضاعفة القوة المؤثرة. عمليًا، قد تعيق ظروف التشغيل إمكانية استخدام رافعة واحدة لتحقيق النتيجة المطلوبة، على سبيل المثال بسبب ضيق المساحة، أو غير ملائمة نقطة رفع الثقل أو النقطة المراد نقل القوة إليها بعد مضاعفتها، أو أن يكون مقدار القوة المطلوبة كبير فيتطلب ذراع بطول كبير جدًا. لذا تستخدم في هذه الحالات تركيبة من عدة روافع بسيطة، تسمى رافعة مركبة. يمكن تكوين الرافعات المركبة من ثلاث أنواع مختلفة للرافعات. وفي كافة الأنواع، تكون القاعدة في مضاعفة القوة هي تساوي نسبة مضاعفة القوة مع حاصل ضرب القوة المؤثرة في طول ذراع القوة المؤثرة. وتصبح القوة الناتجة من مضاعفة القوة الأولى هي القوة المدخلة للذراع التالي في النظام، وعليه فالفائدة الميكانيكية يتم تكبيرها بالتتابع.
في الصورة الموضحة على اليسار، تتكون هذه الرافعة المركبة من رافعتين من النوع 1، وتوضح المعادلات خطوات حساب القوة تدريجًا من القوة الأولى المؤثرة (F) حتى تنتقل بعد تكبيرها إلى النقطة (A")، وتنتقل بالتبعية إلى (B)، وبعد ذلك تصبح القوة التي تمت مضاعفتها من القوة الأصلية (F) في الذراع الأول لتصبح (F")، والتي انتقلت كما هي من نقطة (A") إلى (B") من خلال وصلة فقط دون رافعة، أصبحت هي القوة المدخلة إلى الذراع الثاني، والذي سيعمل بدوره على مضافتها من (F") إلى (W). ولحساب الفائدة الميكانيكية هنا باستخدام الأبعاد الموضحة في الصورة، نقسم القوة المستفادة في نهاية الرافعة المركبة (W) إلى القوة الأصلية التي أثرنا بها في بداية الرافعة المركبة (F)، وعليه فإن: الفائدة المركبة = 9 × 10/3 × 4 = 7.5، مما يعني أنه إذا أثرنا بقوة تساوي (1 نيوتن)، سنتمكن من رفع ثقل له وزن (7.5 نيوتن) وذلك باستخدام الرافعة المركبة.
وإذا قمنا بتحريك نقطة الارتكاز في الذراع الأول (AA") بحيث تصبح المسافة (A1) تساوي 4 وحدات، والمسافة (A2) تساوي 9 وحدات، ستصبح القوة المنتقلة إلى نهاية الرافعة المركبة تساوي القوة الأصلية، وبذلك نحسب الفائدة الميكانيكية لتساوي 4 × 9/9 × 4 = 1، أي أن القوة المؤثرة سترفع وزن مساو تمامًا لها، ولن يحدث أية مضاعفة للقوة. لا يكون ذلك هو الهدف المرجو من الرافعات المركبة عادة، لكنه يطبق أحيانًا في حالات خاصة، مثل الرغبة في نقل القوة فحسب دون الحاجة لتكبيرها.
تقاس المسافات العمودية على القوة في حساب الفائدة الميكانيكية. في مثال قصافة الأظافر (رافعة مركبة من رافعتين (إحداهما من النوع 2، والأخرى من النوع 3) نجد أن القوة المؤثرة تكون رأسية، أي ليست عمودية على الذراع المائل، لذا نستخدم المسافات الأفقية لحساب الفائدة الميكانيكة. في هذا المثال تساوي الفائدة الميكانيكية W/F، أي تساوي (7 + 1) × 6/1 × (6 + 2) = 6.
بحيث:
- (7 + 1) سم = 8 سم هي المسافة الأفقية بين نقطة تأثير القوة ونقطة الارتكاز في الرافعة الأولى
- تنتقل القوة المؤثرة بعد تكبيرها في الرافعة الأولى إلى الرافعة الثانية عند النقطة التي تبعد مسافة 1 سم من يمين الذراع الأول حسب الرسم.
- تمثل هذه النقطة المذكورة أعلاه نقطة تأثير القوة في الذراع الثاني، وعليه تكون المسافة الأفقية بين نقطة التأثير ونقطة الارتكاز في الذراع الثاني 6 سم.
- المسافة 1 سم هي المسافة الأفقية بين نقطة الارتكاز ونقطة تسليم أو خرج القوة في الذراع الأول.
- المسافة 2 سم هي المسافة الأفقية بين نقطة الارتكاز ونقطة تسليم أو خرج القوة في الذراع الثاني.
