همه چیز در مورد اهرم ها

اهرم میله ای است که می تواند حول یک تکیه گاه دوران کند. در هر اهرم یک تکیه گاه, یک بازوی محرک و یک بازوی مقاوم وجود دارد.

اهرم بر اساس قرار گرفتن محل تکیه گاه, نیروی محرک و نیروی مقاوم به چند نوع تقسیم می شوند:

اهرم نوع اول

در این نوع اهرم تکیه گاه بین نیروی محرک و نیروی مقاوم قرار دارد و بنا به اینکه تکیه گاه نزدیک به کدام نیرو باشد سه حالت پیش می آید.

حالت اول اهرم نوع اول :

در این حالت تکیه گاه در وسط نیروی محرک و نیروی مقاوم قرار دارد .

بنابراین بازوی محرک ( L_E ) با بازوی مقاوم ( L_R ) برابر است و طبق فرمول مزیت مکانیکی ، مزیت مکانیکی یا ( A ) برابر با ۱ خواهد بود .

1=L_R/L_E=A

روش های کمک ماشین : انتقال نیرو – تغییر جهت نیرو

کاربرد: الاکلنگ

حالت دوم اهرم نوع اول :

در این حالت تکیه گاه به نیروی مقاوم نزدیک تر است .

بنابراین بازوی محرک ( L_E ) از بازوی مقاوم ( L_R ) بزرگتر است و طبق فرمول مزیت مکانیکی ، مزیت مکانیکی ( A ) بیشتر از 1 می شود.                                       

1R/L_E=A

روش های کمک ماشین : انتقال نیرو - تغییر جهت نیرو -افزایش نیرو

کاربرد: دیلم (برای بلند کردن اجسام سنگین)

حالت سوم اهرم نوع اول :

در این حالت تکیه گاه به نیروی محرک نزدیک تر است .

بنابراین بازوی مقاوم ( L_R ) از بازوی محرک ( L_E ) بزرگتر است و طبق فرمول مزیت مکانیکی ، مزیت مکانیکی ( A ) کمتر از 1 می شود.                                          

1>L_R/L_E=A

روش های کمک ماشین : انتقال نیرو – تغییر جهت نیرو –افزایش سرعت و مسافت نیرو

کاربرد: جاروی فراشی  (که ما با جا به جا کردن قسمت بالای جارو جا به جایی بیشتری در پایین خواهیم بود.)

نکته : در صورتی جاروی فراشی حالت سوم اهرم نوع اول است که دستی که در پایین قرار گرفته تکیه گاه باشد و دستی که در بالای جارو قرار گرفته به جارو نیرو وارد کند.(نیروی محرک )

 اهرم نوع دوم

در این نوع اهرم نیروی مقاوم بین تکیه گاه و نیروی محرک قرار دارد.

بنابراین بازوی محرک ( L_E ) از بازوی مقاوم ( L_R ) بزرگتر است و طبق فرمول مزیت مکانیکی ، مزیت مکانیکی ( A ) بیشتر از 1 می شود. 

1R/L_E=A

روش های کمک ماشین : انتقال نیرو – افزایش نیرو

کاربرد: فرغون و فندق شکن

اهرم نوع سوم

در این نوع اهرم نیروی محرک بین تکیه گاه و نیروی مقاوم قرار دارد.

بنابراین بازوی مقاوم ( L_R ) از بازوی محرک ( L_E ) بزرگتر است و طبق فرمول مزیت مکانیکی ، مزیت مکانیکی ( A ) کمتر از 1 می شود.

1>L_R/L_E=A

روش های کمک ماشین : انتقال نیرو – افزایش سرعت و مسافت نیرو

کاربرد: چنگک ، موچین و پنس(برای برداشتن یخ و زغال و ...)

نکته : در صورتی که در جاروی فراشی دستی که در بالا قرار گرفته تکیه گاه باشد و دستی که در پایین قرار گرفته نیروی محرک را وارد کند در این صورت جاروی فراشی مثالی برای اهرم نوع سوم است.

برای بیشتر اهرمها ، اصطکاک در محل تکیه گاه خیلی کوچک است و بنابراین بازده به صددرصد نزدیک است. در نتیجه نسبت بازوها خیلی نزدیک به نسبت نیروهاست و معمولا هیچگونه تصحیحی در محاسبه مزیت مکانیکی اهرم لازم نیست.
اهرمها را بر حسب موقعیت نسبی تکیه گاه ، نیروی مقاوم و نیروی محرک دسته بندی می‌کنند.

  اهرم نوع اول: تکیه گاه بین نیروی مقاوم و نیروی محرک قرار دارد.

   مانند انبردست ، آچار فرانسه ، قیچی و ...

اهرم نوع دوم: نیروی مقاوم بین تکیه گاه و نیروی محرک قرار دارد.

مانند فندق شکن، فرغون و ... .

اهرم نوع سوم : نیروی محرک بین تکیه گاه و نیروی مقاوم قرار دارد.

 مانند قندگیر ، انبرک ، پنس و ... .

اهرم ها

اهرم از یک میله  و یک تکیه گاه تشکیل شده‌است. نیروی وارد به اهرم در یک نقطه باعث می شود که نیروی دیگری در نقطه دیگری روی اهرم به نیروی مقاوم (جسم) وارد شود. این جسم می‌تواند سنگی باشد که باید از زمین بلند شود. نیروی محرک هم نیرویی است که شخصی جهت بلند کردن سنگ یا جابجایی آن بر دسته اهرم وارد می‌نماید.

ماشين ها
 

با نگاهي به محل زندگي وكار خود مي توانيد به راحتي انواع ماشينهاي ساده را ببينيد كليد برق،دستگيره ي در ،كارد،پيچ گوشتي ،وحتي كليد هاي صفحه ي كامپيوتر همگي وسايلي هستند كه كار انجام شده روي خود را به كار مفيد تبديل مي كنند هر كس بدون اين كه اطلاع داشته باشد ،تعداد زيادي از    ماشين هاي ساده را به كار مي برد ،اما آيا مي دانيد كه ماشين ساده چيست ؟

 در واقع گروهي از ماشينها كه پايه و اساس ساخت ماشين هاي ديگر را تشكيل مي دهند ،ماشين هاي ساده ناميده مي شوند. ماشين هاي ديگر حالت تغيير شكل  يافته ی ماشينهاي ساده ،يا تركيبي از چند ماشين ساده با يكديگر هستند.  

ماشين ساده در فيزيك به هر وسيله اي كه براي انجام كار فقط به اعمال يك نيرونياز دارد. از ماشينهاي ساده مي توان به (سطح شيبدار،پيچ ،گوه ،اهرم ،چرخ ، قرقره)اشاره نمود تمام اينها نيروي كم را به نيروي زياد تبديل  مي كنند يا بالعكس. همچنين ممكن است جهت نيرو را عوض مي كنند.

اهرم اولین بار توسط دانشمند یونانی، اَرَشْمیدُس در سال ۲۶۰ قبل از میلاد توصیف شده است. او گفته است: «به من جایی برای ایستادن بدهید، من زمین را جابه‌جا خواهم کرد.»
اهرم از سه بخش بازوی محرک، بازوی مقاوم و تکیه‌گاه تشکیل شده است.نیروی محرک بر بازوی محرک وارد می‌شود و نیروی مقاوم که معمولاً وزنه است، بر بازوی مقاوم وارد می‌شود. اهرم‌ها بسته به محل تکیه‌گاه به سه دسته تقسیم‌بندی می‌شوند.

بطور ساده منظور ما از اهرم ميله اي است كه ميتواند حول يك تكيه گاه دوران كند .مانند الاكلنگ،ديلم ،قرقره ،و .....      

اهرم ها يا ماشينها با پنج ويژگي يا حالت به ما كمك مي كنند

 1-افزايش يا كاهش نيرو مانند ناخن گيريا قيچي سلماني  

2- تغيير جهت نيرو مانند جك ماشين   

3-افزايش مسافت مانند جاروي رفتگران

4-افزايش سرعت مانند استفاده از فرغون يا سطح شيبداركه بارها يا وسايل سريع تر جابجا ميشوند  

5-انتقال نيرو كه در تمامي ماشين ها انتقال نيرو وجود دارد وبه نوعي نيرو را منتقل مي كنند.

اهرم بر اساس قرار گرفتن محل تکیه گاه, نیروی محرک و نیروی مقاوم به چند نوع تقسیم می شوند:

الف) اهرم نوع اول

در صورتیکه تکیه گاه بین نقطه اثر نیروی مقاوم و نیروی محرک باشد, اهرم از نوع اول است.

اهرم نوع اول به سه حالت دیده می شود:

a) حالت اول :

 

زمانیکه تکیه گاه درست در وسط نیروی محرک و نیروی مقاوم قرار گرفته باشد, در این صورت بازوی محرک و بازوی مقاوم با هم برابرند.

در این حالت, اهرم فقط از راه تغییر جهت نیرو به ما کمک می کند.

نکته: مزیت مکانیکی این اهرم همیشه یک است.
مانند قرقره ثابت ،آلاکلنگ

 

b) حالت دوم :

 

زمانیکه تکیه گاه بین نیروی محرک و نیروی مقاوم ولی نزدیک به نیروی مقاوم باشد, در این حالت, اهرم از راه های زیر به ما کمک می کند.

1)تغییر جهت نیرو: زیرا تکیه گاه بین نیروی محرک و مقاوم قرار دارد.

2) افزایش نیرو: زیرا بازوی محرک بزرگتر از بازوی مقاوم است. (LR>LE)

نکته: مزیت مکانیکی این اهرم همواره از یک بیش تر است.

 
مانند میخ کش

c) حالت سوم :

 

زمانیکه تکیه گاه بین نیروی محرک و نیروی مقاوم بوده ولی نزدیک به نیروی محرک باشد, در این حالت اهرم از راه های زیر به ما کمک می کند.

1)تغییر جهت نیرو: زیرا تکیه گاه بین نیروی محرک و مقاوم قرار است.

2) افزایش مسافت اثر نیرو: زیرا بازوی مقاوم بزرگتر از بازوی محرک است. (LR >LE)

نکته: مزیت مکانیکی این اهرم همواره از یک کم تر است.

مانند قیچی کاغذ بری

      اهرم نوع دوم

 

در این نوع از اهرم تکیه گاه بر یکی از دو انتهای میله منطبق است، اگر نیروی محرک بر انتهای دیگر میله و بطور قائم به سمت بالا وارد شود، نیروی مقاوم بر وسط میله در راستای قائم و به سمت بالا وارد می‌شود. در این حالت نیروی مقاوم بین تکیه گاه و نیروی محرک قرار دارد.

 
  اهرم نوع دوم مانند :چرخ دستی -فرغون -  فندق شکن،گیوتین کاغذ،پانچ-درب بطری باز کن   و...

   اهرم نوع سوم
 

در این نوع اهرم که عکس نوع دوم است. میله از یکی از دو انتهای خود از بالا به تکیه گاه تکیه کرده است و نیروی محرک بر وسط میله اثر می‌کند، در راستای قائم و به سمت بالا و نیروی مقاوم بر انتهای دیگر میله و در راستای قائم به سمت بالا وارد می‌شود. در این نوع اهرم نیروی محرک بین تکیه گاه و نیروی مقاوم قرار دارد. مزیت مکانیکی اهرم همچون هر ماشین از نسبت نیروی محرک و مقاوم بدست می‌آید.

البته اگر از اصطکاک صرفنظر کنیم، مزیت مکانیکی اهرم از نسبت طول بازوی محرک بر طول بازوی مقاوم هم بدست می‌آید.

مانند :دست وپای انسان ،راکت تنیس، چوب بیس بال ،برف پاک کن ماشینِ -انبریخ  – جاروی فراشی- موچین- قند گیر و....

مزیت مکانیکی

مزیت مکانیکی یک اهرم به ما نشان می‌دهد که استفاده از یک اهرم (به طور کلی هر ماشین ساده) چه قدر مفید است و ماشین، نیروی وارده را چند برابر کرده است. مزیت مکانیکی کمیتی بی‌بُعد می‌باشد.

    رابطه کلی برای تمام ماشین‌ها یا مزیت مکانیکی واقعی ('A) : نیروی مقاوم R (نیرویی که ماشین بر جسم وارد می‌کند) تقسیم بر نیروی محرک E (نیرویی که ما بر ماشین وارد می‌کنیم).

    R / E

R: نیروی مقاوم
E: نیروی محرّک

    رابطه ویژه اهرم‌ها در صورت وجود نداشتن اصطکاک (مزیت مکانیکی کامل (A) ) : در صورت وجود نداشتن اصطکاک مزیت مکانیکی کامل داریم که از تقسیم طول بازوی محرک (LE)، بر طول بازوی مقاوم (LR) به دست می‌آید:

    LE / LR

LE : طول بازوی محرک
LR : طول بازوی مقاوم

نکته: در صورتیکه از اصطکاک صرف نظر کنیم, مزیت مکانیکی اهرم را می توان از رابطه ی زیر نیز به دست آورد.