آلة بسيطة

سطح منحدر

وعلى صعيد آخر، عندما تكون زاوية المنحدر θ = الصفر (سطح أفقي) يؤدي إلى أن sinθ = الصفر وبهذه الحالة يكون الجسم B ساكن لا يتحرك.

وفي هذا السياق، تكون القوى المتوازنة على جسم B وضع على سطح منحدر S على الشكل التالي وذلك بإهمال مقاومة الهواء، (ما عدا التي تكون بسرعات عالية):

من جهة ثانية، • قوة الاحتكاك f التي تؤثر بشكل موازي للسطح S بعكس جهة حركة الجسم.

وعلى صعيد آخر، • إذا كان ما تبقى من عناصر قوة الجاذبية الأرضية الموازية للسطح mg.sin θ أكبر من قوة الاحتكاك f فان الجسم B سوف ينزلق إلى الأسفل (إذا كان حراً) مع تسارع = g.sinθ - FK/m، حيث FK هي قوة الاحتكاك الحركية. وإلا فإن الجسم سيبقى ثابتاً.

ومن ناحية أخرى، السطح المنحدر هو واحد من الآلات البسيطة الستة حيث هو عبارة سطح انسيابي تكون نقطتي نهايته عند ارتفاعات مختلفة. عندما يتحرك جسم على سطح منحدر تكون القوة اللازمة لرفعه أقل من القوة اللازمة لرفع الجسم بشكل شاقولي مباشرة. ولكن وحسب قانون حفظ الطاقة فإن الطاقة اللازمة للرفع لا تتغير (بإهمال طاقة الاحتكاك) سواء استعمل السطح المنحدر أم لا، ولكن القوة اللازم تطبيقها للرفع تكون أصغر في حال استخدام السطح المنحدر وذلك بسبب تحليل قوة ثقالة الجسم إلى مركبتين تكون المركبة العاملة فيها موازية للسطح وتتناسب مع جيب زاوية السطح المنحدر الذي يصنعها مع الخط الافقي θ.

منحدر (هندسه معماريه)

ومن ناحية أخرى، سطح المنحدر يمكن ان يكون مستوي أو لولبي. ميلان المنحدر لا يجوز ان تزيد على 6 ٪، لسهولة الاستخدام، حتى من جانب المعوقين. ميلان الطريق المنحدر للمركبات لا يجب أن يتجاوز 20 ٪ .بداية ونهاية الطريق = 6 ٪. يُوصى 12 ٪ كميلان للمنحدر.

وفي هذا الصدد، • وحيث أنه لا يوجد أي حركة عمودية على السطح S ، فإن قوة رد الفعل (القوة الطبيعية) للسطح N يجب أن تكون مساوية وبعكس القوة الجاذبية mgcosθ.

وعلى صعيد آخر، يمكننا أن نقسم القوة الجاذبيه mg إلى اتجاهين، أحدهما عمودي على السطح S والأخر موازي له.

وفي هذا السياق، • القوة الطبيعية (قوة رد الفعل) N التي يؤثر بها السطح S على B

إضافةً إلى ذلك، • قوة الجاذبية الأرضية mg تؤثر رأسيا إلى الأسفل، حيث تحلل إلى مركبتين هما mg.sinθ وmg.cosθ حيث تكون الأخيرة هي القوة الممانعة للرفع

من جهة ثانية، المنحدر في الهندسة المعمارية يُستعمل لتوصيل سطحين موجوين على ارتفاعات مختلفة.

10/ق = 20/2

من جهة ثانية، وبما أن 20ق = 20 فإن القوة المطلوبة تساوي القوة اللازمة عادة لرفع كيلوجرام واحد. وتكون الفائدة الميكانيكية، أي نسبة ل إلى ق، 10/1 أو 10.

رافعة

في هذا الإطار، في الفيزياء، الرافعة هي أداة تستعمل عند محور أو نقطة ارتكاز مناسبة لمضاعفة القوة الميكانيكية التي يمكن تطبيقها على جسم آخر، ويوصف تأثير الرافعة بالميزة الميكانيكية. والرافعة هي آلة بسيطة.

الإسفين

عندما تقضم جزءاً من التفاحة فإنك تستعمل الإسافين.

وفي هذا الصدد، فالإسفين هو سطح مائل متحرك له وجه واحد أو وجهان مائلان. فأسنانك الأماميه أسافين. والإسفين يغير اتجاه القوة المبذوله.عندما تدفع بأسنانك الأماميه في التفاحة تتغير قوة الدفع جانبيا لتزيح قشرة التفاح. السكاكين والفؤوس أسافين تستعمل للقطع.

ملفاف بدولاب وجزع

من جانب آخر، المِلْفَاف بالعجل والجُزْع آلة تستعمل لرفع الأحمال. وهي تمثل إحدى الآلات الست البسيطة التي طورت قديمًا، وتُعدُّ من أهم الاختراعات في التاريخ. تتكون الآلة من أسطوانة مثبتة على عجل بحيث تدوران على نفس المحور. وهذا الملفاف رافعة من الطراز الأول. انظر: الرافعة، الذراع. يمثل مركز الأسطوانة نقطة الارتكاز، ويمثل نصف قطر الأسطوانة ذراع الحمل. ويمثل نصف قطر العجل الذراع التي تؤثر عليه القوة. ويستعمل أحيانًا ذراع إدارة بدلاً عن العجل.

بكرة

وفي هذا الصدد، نظام البكرة والحزام يوصف بكونه بكرتين أو أكثر مرتبطتين بحزام. يساعد هذا على إيصال القوة، أو السرعة عبر المحاور، وإن كانت البكرات ذات أحجام وأقطار مختلفة، تساعد كذلك على تحقيق ربح ميكانيكي.

كذلك، البكرة هي جهاز ميكانيكي بشكل عجلة ويكون محيطها مجوف يلتف حوله حبل أو قابل أو حزام. تستعمل البكرات لتغيير اتجاه القوة (فيزياء)¦قوة المؤثرة، أو توصيل حركة تدويرية، أو وضع تفوق ميكانيكي في نظام تدويري أو خطي للحركة.

في هذا الإطار، تكون كفاءة أنظمة البكرة والحزام عالية جداً، بكفاءة قد تصل 98%.

مزايا

إذن: ق × ن = ل × ع

وفي السياق ذاته، تتمثل أهم مزايا الملفاف ذو الدولاب والجزع في قدرته على رفع أحمال ثقيلة بقليل من الجهد البشري. ويمكن تحديد النسبة بين الاثنين بالقانون: حاصل ضرب القوة في نصف قطر العجل يساوي حاصل ضرب الحمل في نصف قطر الأسطوانة. ولاختصار هذا القانون إلى معادلة، لنفترض أن ق يمثل القوة، ون نصف قطر العجل، ول الحمل، وع نصف قطر الأسطوانة.

أنظمة البكرة والحبل

ومن ناحية أخرى، لم يُدَوَّن متى أو من طوّر أول بكرة، ولكن يُعتقد أن أرخميدس طور أول نظام بكرة "الثقل والمراوغة". كما هو مدون من قبل "بلوتارخ. بلوتارخ ذكر أن أرخميدس حرّك سفينة حربية كاملة مع رجالها باستخدام نظام بكرات معقد باستخدام قوته وحده فقط.

بكرة ثابتة

أنواع البكرة

وفي هذا السياق، البكرة السهلة يمكن تشبيهها بوضع حبل حول شجرة. أنظمة البكرة والحبل (الحبل قد يكون خيط رفيع أو قابل قوي) يمكن وصفهم بصورة حبل واحد يوصل القوة الحركية الخطية إلى الحمل عن طريق بكرة واحدة أو أكثر من أجل رفع الثقل (عادة ضد الجاذبية). لا طالما ذُكِّر هذا النظام تحت قائمة المكائن البسيطة. في نظام الحبل الواحد والبكرات، يكون الربح الميكانيكي (في الوضعية الكاملة) مساوي لعدد البكرات في النظام. إن اُسْتُخْدِمَت بكرة واحدة فعادة ما تكون من أجل تغيير الإتجاه فقط. ولكن في الحقيقة، كلما زاد عدد البكرات في النظام، قلت كفاءته، وذلك بسبب الإحتكاك الذي تولده في النظام.

بكرة متحركة

ومن جهة أخرى، الثقل والمراوغة: هو نظام معقد للبكرات تُسْتَخْدَمُ فيه عدة بكرات على كل محور، لزيادة الربح الميكانيكي.

• هناك الكثير من الأنواع المختلفة لأنظمة البكرات:
• النظام الثابت: أي أن للبكرة محور ثابت مركز في مكانه ولا يتحرك.
• النظام المتحرك: أي أن البكرة لها محور حر يمكن أن يتحرك في الفراغ.
• النظام المعقد: هو مجموع النظامين الثابت والمتحرك.

المحوى

إضافةً إلى ذلك، هناك أنواع وقياسات مختلفة من المحويات وكذلك المادة المصنوعة منها، فقد يكون المحوى مصنوع من الحديد العادي أو الحديد المغلون أو البراص أو الألمنيوم أو البلاستك ولكل منها استخداماته الخاصة.

إضافةً إلى ذلك، المحوى ويسمى لدى البعض بأسم مسمار قلاوظ، هو قطعة من المعدن شبه أسطوانية الشكل على وجه التقريب مدببة من أحد أطرافها وعريضة من الجهة الأخرى محززة على شكل لولبي شبيه لحد ما بالمسمار، عند تثبيت رأسه المدبب في قطعة من الخشب وأدارة المحوى من جهة رأسه العريض يدخل المحوى في القطعة الخشبية يصعب معه سحب المحوى عن الخشبة.

ومن جهة أخرى، أنواع المحويات الموجودة في الأسواق والمستعملة في الصناعة تعد بالألاف ويحكمها عموما نوع مادتها وطولها وقطرها ونوع تسنينها، والوصلات التالية لصور يمكن أن توضح ذلك [1] و[2].

وفي السياق ذاته، يستعمل لتثبيت المحويات عدد خاصة من المفكات ذات رؤوس مختلفة تتناسب والعزم اللازم لتثبيت المحوى ي في موضعه، من هذه المفكات ما هو يدوي ومنها الآلي الكهربائي.

استخدامات

من جانب آخر، الملفاف العادي المستعمل في رفع الماء من الآبار، يستعمل فيه ذراع تدوير بدلاً من العَجل. تطبق اليد الجهد على الذراع. ويكون وزن جردل الماء هو الثقل. وفي حجر الطحن يكون ذراع العجل أطول عادة من ذراع التدوير، لأن السرعة مطلوبة كذلك، مثلها في ذلك مثل القوة. وفي بعض الأحيان توضع أسنان أو أطراف حول حافة العجل، كما في العجل المسنن، أو حول جنزير الدراجة. وفي بعض الأحيان يكون العجل المسنن كالشوك لكنه مدور فانتبه منه.

ل/ق = ن/ع أو

من جانب آخر، وتتمثل الميزة الميكانيكية للآلة في نسبة الحمل ل إلى القوة ق. انظر:الآلة . دعنا نعرض مثالاً يكون فيه نصف قطر العجل ن 20سم، ونصف قطر الأسطوانة ع 2سم، والحمل ل10كجم. ففي حالة عدم وجود احتكاك تكون المعادلة:

أنواع الروافع

ومن ناحية أخرى، روافع النــوع الأول: هي الروافع التي يقع محور ارتكازها بين القوة المؤثرة وبين المقاومة.

ومن الأمثلة على هذا النوع: كسارة الجوز، عربة الحديقة.

من جانب آخر، روافع النوع الثاني: هي الروافع التي تقع نقطة مقاومتها بين محور الارتكاز والقوة المؤثرة.

ومن الأمثلة على هذا النوع: الدباسة

إضافةً إلى ذلك، روافع النوع الثالث: هي الروافع التي تقع قوتها المؤثرة بين محور الارتكاز والمقاومة.

ومن الأمثلة على هذا النوع: المقص.