آشتی با فیزیک - اهرم‌ها

هدف از نوشتن این مطلب آموزش درس فیزیک نیست، فقط یه یادآوری کوچولو برای مطلبی هست که بعداً می‌خوام بنویسم.

توی زندگی زیاد از ابزار و لوازمی مثل انبر دست، پیچ گوشتی، فرغون، فندق شکن(خداییش از این تاحالا استفاده نکردم) و... برای راحتی کار استفاده می‌کنیم. به این ابزار و وسایل که کارهارو آسون‌تر می‌کنن ماشین میگن. یکی از ساده‌ترین ماشین‌ها، اهرم‌ها هستن. اهرم معمولاً یه میله هست که حول یه محور یا تکیه‌گاه می‌چرخه یا حرکت میکنه. اهرم‌ها از دوران ماقبل تاریخ استفاده میشدن اما اولین بار دانشمند و مخترع کاردرستِ یونانی ارشمیدس، حدود 2300 سال پیش اونارو شرح داده و توصیف کرده(توی پست بعدی حسابی زیرآبشو خواهم زد و این مطلبو اصلاً بخاطر همین نوشتم).

اهرم از سه قسمت تشکیل شده، 1-تکیه‌گاه، 2- قسمتی که بهش نیرو وارد می‌کنیم و 3- قسمتی که اهرم به جسم نیرو وارد می‌کنه. به فاصله بین نیرو تا تکیه‌گاه بازوی محرک و به فاصله بار تا تکیه‌گاه بازوی مقاوم میگن.

بسته به این که جای تکیه‌گاه کجا باشه، اهرم ها به سه دسته تقسیم میشن.

خوب حالا میریم سراغ اهرم نوع اول. به نظر شما توی کدوم یکی از سه تا شکل زیر، بلند کردن وزنه راحت تر هست؟

احسنت. آفرین. اهرم شکل سوم راحت تره ،چرا؟ چون بازوی محرک بلند‌تر از بازی مقاوم هست. بطور کلی نیرو ضربدر طول بازوی محرک برابر هست با مقدار بار ضربدر طول بازوی مقاوم. یا:

مثال: اگه بخوایم سنگی به وزن 300 کیلو رو بلند کنیم و طول بازوی مقاوم 10 سانتی‌متر و طول بازوی محرک 100 سانتی‌متر باشه، چه مقدار نیرو باید به اهرم وارد کنیم تا سنگ از جاش بلند بشه؟

جواب: طبق فرمول بالا:

یعنی با نیرویی به اندازه بلند کردن یه وزنه 30 کیلویی، می‌تونیم با اهرم یه سنگ 300 کیلویی رو بلند کنیم. چه خوب.نه؟

زیاد هم خوشحال نشین. به تصویر زیر نگاه کنین:

برای اینکه وزنه رو یکم از زمین بلند کنیم(سمت چپ)، باید به مقدار بیشتری دستمون رو حرکت بدیم(سمت راست). به شکل‌های زیر توجه کنین:

با توجه به تشابه مثلث‌ها،میشه نوشت:

یعنی اگه مثلاً طول بازوی محرک، 5 برابر بازوی مقاوم باشه، به همون نسبت، یعنی 5 برابر نیروی محرک باید حرکت کنه.

بر خلاف چیزی که تصور میشه، اهرم‌ها مقدار کارو کم نمی‌کنن و موجب صرفه‌جویی در کار نمیشن، فقط کارو آسون و راحت‌تر میکنن. مثلاً در همین مسالی که زدیم، درسته که به اندازه 30 کیلو برای بلند کردن یه وزنه 300 کیلویی زور زدیم، اما در عوض برای 10 سانتی‌متر جابجا کردن وزنه، دستمون رو 100 سانتی‌متر حرکت دادیم. با وجود اینکه دستمون رو خیلی حرکت دادیم ولی زور کمتری زدیم و نیرو به سمت پایین وارد کردن خیلی راحت تر از بلند کردن هست و می تونیم از وزن خودمون هم استفاده کنیم.

در ضمن توی این مثالهای ساده از وزن اهرم، وجود اصطکاک و مشکل خم شدن اهرم در اثر وزن صرفه نظر کردیم، اما در واقعیت اینا وجود داره و باعث میشه که ما کار بیشتری انجام بدیم.

همونطور که گفتم هدفم آموزش نیست، برای اطلاعات بیشتر به اینجا و اینجا و اینجا و اینجا و اینجا مراجعه کنین.



ماه گرفتگی فراموشتون نشه