الالات البسيطه
الدرس الثاني
الآلات البسيطة
أنظر وأتساءل
نستخدم آلات مختلفة في حياتنا اليومية. كيف يستخدم الأطفال هذه الآلة في اللعب؟
أستكشف
نشاط استقصائي
ما الذي يسهل الشغل؟
أكون فرضية
أيهما يتطلب شغلًا أكبر، دفع السيارة أو اللعبة على سطح مائل إلى ارتفاع معين، أم رفعها عموديًا إلى الارتفاع نفسه؟ أكتب فرضية تبين أن الحالتين تتطلبان مقدار الشغل نفسه.
أختبر فرضيتي
الخطوات
- أقيس. أربط السيارة إلى الميزان النابضي "الزنبركي"، وأستعمل هذا لقياس قوة وحدة نيوتن.
- أستعمل مجموعة كتب لعمل السطح المائل، كما في الصورة، وأقيس ارتفاع السطح بالمتر. أستعمل المسطرة، وأستعمل السطح المائل نفسه، وأقيس قوة سحب السيارة بالنيوتن، وأمسك الميزان النابضي، وأحرك السيارة ببطء فوق السطح حتى تصل إلى أعلى السطح المائل، وأسجل متوسط القوة التي سيقيسها الميزان النابضي.
- أقرر. أحسب الشغل من القوة التي بُذلت والمسافة التي تحركت فيها السيارة.
أستخلص النتائج
- أستعمل الأرقام. أحسب الشغل المطلوب لسحب السيارة على السطح المائل ورفعها عموديًا، مستعملًا المعادلة:
الشغل = القوة × المسافة
- أستنتج. هل خالفت نتائج تجربتي فرضيتي؟ أفسر ذلك.
أستكشف أكثر
ماذا لو تغيَّر ميل السطح المائل؟ أخطط لتجربة، وأفترض ماذا سيحدث للشغل المبذول، وأكتب توقعي وأصمم تجربة للتحقق من ذلك.
أحتاج إلى
سيارة لعبة
ثلاثة أو أربعة كتب
مسطرة
ميزان نابضي
أقرأ وأتعلم
السؤال الأساسي
كيف تجعل الآلات حياتنا أسهل؟
المفردات
الآلة البسيطة
الجهد "القوة المبذولة"
القوة الناتجة
الفائدة الآلية
الروافع
نقطة الارتكاز
الآلة المركبة
مهارة القراءة
التصنيف
ما الآلات البسيطة؟
عندما أحاول فتح علبة الدهان باستعمال قطعة البرغي فإنني في حالة استعمال إحدى الآلات البسيطة. إن الآلة البسيطة أداة تستعمل لتسهيل عملية الشغل. وقوة نبذلها عند استعمال الآلة البسيطة تسمى الجهد "القوة المبذولة"، والقوة التي تنتجها الآلة البسيطة تسمى القوة الناتجة.
وتؤدي الآلة البسيطة إلى تغيير اتجاه القوة. ويسمى عدد مرات مضاعفة الآلة للقوة الفائدة الآلية. فكلما زادت الفائدة الآلية زادت القوة التي تؤثرها الآلة البسيطة في الجسم أكثر.
مكونات الآلة
الآلة: عتلة، وتستخدم لفتح غطاء عبوة الدهان.
القوة المبذولة.
القوة الناتجة.
نقطة الارتكاز.
ذراع الجهد.
ذراع القوة.
الغطاء.
العبوة.
في حالة استخدام المفك لفتح علبة الدهان يكون من السهل أن أبذل قوة صغيرة لمسافة طويلة. وآثر لأداء الشغل في رفع الغطاء لأعلى فأستعمل آلة بسيطة؛ إذ يستعمل الشخص عادة هذه القوة إلى مقاومة شيء آخر بما يسمى القوة المقاومة، وتمثل الآلة البسيطة أيضًا مقدار الزمن اللازم للقيام بعمل ما.
وهناك ستة أنواع من الآلات البسيطة، هي: الرافعة، والبكرة، والعجلة والمحور، والمستوى المائل، والوتد، والبرغي. ويمكن استعمال آلات بسيطة في صورة مفردة أو مجتمعة مع آلات بسيطة أخرى، كما في حالة مفصل الجمجمة حيث يعد مثالًا لآلة بسيطة.
آلات بسيطة
وتد
البكرة
رأس الرمح
البرغي
السطح المائل
العجلة والمحور
صورة
تعد عضلات تحرك الفك السفلي من الآلات البسيطة.
أختبر نفسي
أستنتج. ما اسم بعض الآلات البسيطة؟
التفكير الناقد. كيف تؤدي الآلة البسيطة إلى مضاعفة القوة المبذولة؟
حقيقة
تزيد الآلات البسيطة في الطبيعة.
ما الروافع؟
بناء على تجربة مفك البراغي وفتح علبة الدهان، فقد عمل مفك الطلاء كآلة بسيطة. وكما قلنا إن الجسم الذي تحرك حول محور يسمى نقطة الارتكاز. وتدفع أو تسحب مستعملًا بوساطة القوة المبذولة.
والرافعة ذراع تدور حول نقطة ارتكاز. وتستخدم الرافعة لتكبير القوة أو المسافة أو السرعة، وأحيانًا تغير اتجاه القوة المبذولة.
إذا قربت نقطة الارتكاز من القوة المقاومة، فإن الرافعة تزيد القوة. أما أرجوحة الميزان فهي تمثل نوعًا آخر من الروافع؛ لأن القوة المبذولة تساوي نصف القوة الناتجة.
أنواع الروافع
النوع الأول من الروافع: أرجوحة الميزان.
النوع الثاني من الروافع: عربة اليد.
القوة المقاومة.
القوة المبذولة.
نقطة الارتكاز.
يمكن حمل مواد ثقيلة باستعمال عربة اليد، وعربة اليد من النوع الثاني من الروافع. ولهذا النوع من الروافع ذراع واحدة، ونقطة ارتكاز، لكن تحرك ذراع القوة المبذولة أطول من تحرك ذراع القوة الناتجة "المقاومة"، إلا عند التركيز، والقوة الناتجة أكبر من القوة المبذولة.
هل استعملت الملقط يومًا ما؟ يمثل الملقط النوع الثالث من الروافع، ويكون ذراع القوة المقاومة أطول من ذراع القوة المبذولة، وتكون القوة الناتجة أكبر من مقدار القوة المبذولة. تكون هذه الآلة مناسبة لأعمال لا تحتاج إلى قوة، وتتجنب خطر لمس بعض الأشياء مثل الفحم المشتعل.
نشاط
الروافع والقوة
- ألصق مسطرة مترية من منتصفها على ميزان نابضي.
- أضيف مشبكًا ورقيًا على مسافة ٢٥ سم من نقطة منتصفها، وأعلق فيها الميزان النابضي، وأضع جسمًا وزنه ١٠٠ جم على الطرف الآخر من المسطرة على مسافة ١٠ سم من نقطة المنتصف. أسحب الميزان النابضي وأعلق وزنًا آخرًا عليها، وأسجل قراءة الميزان عند اتزان الكفتين.
- أكرر الخطوة السابقة مع تغيير موضع الميزان النابضي على مسافة ١٥ سم، ٢٠ سم، ٢٥ سم من نقطة المنتصف، وأسجل قراءة الميزان في كل مرة.
- أستنتج. كيف تساعدني معرفتي هذه على تقليل مقدار القوة المبذولة؟
أقرأ الصورة
أي أنواع الروافع يطبق اتجاه القوة؟
إرشاد: أقارن بين اتجاه القوة المبذولة والقوة الناتجة.
أختبر نفسي
أستنتج. في أي نوع من الروافع يستخدم الملقط؟
التفكير الناقد. إذا كان طول ذراع القوة في الرافعة يساوي نصف طول ذراع القوة المقاومة، فما النسبة بين المقاومة إلى القوة؟
أي الآلات تشبه الروافع؟
العجلة نوع من الآلات البسيطة يسهل صنعها. هل ساعدت صخرة كبيرة؟ إنها تشبه العجلة، وعندما تتصل قطعة مستديرة صغيرة مركز العجلة يسمح باستخدامه بسهولة. وأكد شواهد أن العجلة والمحور آلة بسيطة.
صورة السيارة
مقبض السيارة يعمل كمحور، والإطار كعجلة. الحقبة ينفذ في أثناء فتح الصمام العجلة، أما الإطار الذي يتصل به فيمثل المحور.
ذراع المقاومة.
المحور "نقطة الارتكاز".
ذراع القوة.
يمكنها أن تضاعف القوة والسرعة والمسافة المقطوعة. فمثلها من الروافع، يجعل المحور عملًا نقطة ارتكاز، وتحمل العجلة تتحرك دائرة وبذل جهد.
حيث تكون أنصاف الأقطار للترس بمثابة ذراع قوة وذراع مقاومة.
والبكرة هي عجلة مجوفة يلتف حولها حبل أو سلك. والحبل في البكرة يعمل عمل الرافعة، وترك البكر يعمل عمل الحبل الذي يحرك من مكان مرتفع، فتؤثر على العجلة. إن إخراج المقاومة بمقدار الارتفاع الذي تدفعه القوة المبذولة.
وتستعمل الرافعة "الونش" عجلة ومحورًا لمضاعفة القوة التي تؤثر في جسم.
يساعد ذراع عتلة الرافعة القوة المتحركة بحيث يؤدي إلى رفع الجسم. كل من ذراع القوة وذراع المقاومة تساوي نصف القوة المبذولة.
أختبر نفسي
أصنف. هل مضخة المياه رافعة أم عجلة ومحور؟
التفكير الناقد. كيف تساعدني البكرة البسيطة؟ ولماذا لا تضاعف القوة المبذولة؟
ما السطح المائل؟
هل حاولت تسلق تل صغير يومًا ما؟ وبذلت لأجل ذلك شغلًا؟ إذا كان التل شديد الميل فإن تسلقه يتطلب جهدًا كثيرًا، وقد لاحظت أن الطريق في الجبال تتعرج في أغلبها. فالطرق الجبلية منحدرات لطيفة، تساعد السيارات على الصعود إلى أعلى الجبل. فشبّه بمداخل بعض المساجد والمستشفيات والمباني منحدرًا مستويًا بدل السلالم للصعود من الذي يستخدمها بعض الناس على الدرج.
وكما في الآلات البسيطة جميعها، يمكن السطح المائل من أداء شغل القوة بجهد أقل مقارنة بالرفع الرأسي لمسافة معينة إلى أعلى. فاستعمال السطح المائل يقلل من القوة، وإذا كان أقل ميلًا أصبح السطح المائل أطول، لكن المسافة التي يقطعها الجسم مع السطح المائل أكبر، إنها المسافة والمسار.
استعمال السطح المائل
القوة المبذولة.
القوة المقاومة.
الاحتكاك.
أقرأ الصورة
هل هذه السطوح في هذه الطريق مستوية؟
إرشاد: أقرأ النص: السطح مائل ذو ارتفاع ويقع.
صورة: هذا الطريق جبلي له سطح مائل ومنحني.
الوتد والبرغي
هناك آلات بسيطة أخرى تشبه السطح المائل أيضًا. عندما يستعمل السطح المائل لفصل جسمين كما في تقطيع الخشب فإنه يسمى عندئذ الوتد. وقد يكون الوتد طرفين أو جسمًا أو جوانب مائلين. ويستعمل كل من المقص والسكين وأدوات البناء لأن لديهم الوتد. والبرغي ينتقل السطح المائل المتعرج في شكل ملتف.
أما البرغي فهو سطح مائل حول أسطوانة. وأسنانه البرغي تغير اتجاه القوة والسرعة، ويحدث بالدوران أن البرغي تدخل في المادة وتثبتها داخل الجسم، إما للبرغي، أما البرغي فيتم تحويله داخل الجسم باللف.
صورة
الوتد: القوة المبذولة.
السطح المائل.
القوة الناتجة.
أختبر نفسي
أصنف. هل تعد المسامير من البراغي أم من الأوتاد؟
التفكير الناقد. كيف يضاعف البرغي القوة؟ ولماذا يمكن استخدامه في الخشب؟
ما الآلات المركبة؟
عندما نجمع اثنين أو أكثر من الآلات البسيطة معًا نحصل على آلة مركبة. فالشفرة التي نستخدمها في الشفرة الحلاقة هي آلتان بسيطتان فيها أكثر من نوع من الآلات البسيطة. ويمكن للآلات المركبة أن تعمل بسهولة على نحو مكسور. فهي مصممة لتستعمل مكونات متعددة ترتبط بعضها ببعض، وتتضمن مضخة أو محركًا في المصاعد "ونشًا" كهربائيًا، وهناك ونش ثقيل مربوط في نهاية حبل القوة المعروفة تسمى ثقل الموازنة لتوفير قوة إضافية.
صورة
المصعد آلة مركبة، تستخدم بكرة وعجلة ومحور.
أختبر نفسي
أستنتج. هل تعد معصرة العصير آلة مركبة؟ ولماذا؟
التفكير الناقد. كيف تساعد ثقل الموازنة على توفير فائدة آلية في المصعد؟
مراجعة الدرس
ملخص مصور
الآلة البسيطة: أداة تغير القوة التي تؤثر في جسم أو مقدارها أو اتجاهها أو المسافة التي يتحركها الجسم.
يساعد سطح الوتد أو السطح المائل في مضاعفة القوة وإزاحة جسم، أو تقليل المسافة.
الآلات المركبة مكونة من آلتين بسيطتين أو أكثر.
أفكر، وأتحدث، وأكتب
- المفردات. يطلق على النقطة المحورية في الرافعة اسم ................
- أصنف. أذكر ثلاثة من أنواع الآلات البسيطة التي تستعملها أجزاء السيارة.
- التفكير الناقد. لماذا تستعمل الحيوانات التي تلتهم الفريسة أسنانًا حادة؟
- أختار الإجابة الصحيحة. المسافة الرأسية من السطح المائل إلى الأرض تسمى:
أ. الرافعة
ب. النوع الثاني من الروافع
ج. الفائدة الآلية
د. القوة العرضية
- أختار الإجابة الصحيحة. السطح المائل الذي يلتف حول الأسطوانة:
أ. الوتد
ب. البكرة
ج. العجلة والمحور
د. البرغي
- السؤال الأساسي. كيف تجعل الآلات حياتنا أسهل؟
المطويات
أنظم أفكاري
أعمل مطوية، ألخص فيها ما تعلمته عن الآلات البسيطة.
الآلات البسيطة
مضاعفة الآلة البسيطة لـ...
نوع الآلة البسيطة
الآلة المركبة
العلوم والرياضيات
الفائدة الآلية
إذا كان طول ذراع القوة ١٠ أمثال طول ذراع المقاومة، فما الفائدة الآلية؟
العلوم والكتابة
الكتابة التفسيرية
أبحث في أنظمة كماشة الشعر والمياه أو معالجة منها عن الآلات البسيطة.
جاري تحضير الدرس المعاد صياغته وبناء الأنماط
نحافظ على المعنى العلمي ونربط كل فقرة بنواتجها ومفاهيمها.
إعادة إنتاج الدرس حسب نمط التعلم
طلب واحد ينتج المسارات البصري والسمعي والحركي والقرائي معًا، بصياغة تراعي سياق المناهج السعودية.
اختر نمط التعلم
تُنتج الأنماط الأربعة دفعة واحدة، ثم تُستدعى الحزمة المحفوظة في الزيارات التالية.