الرئيسية
أحدث الصور
من طرف 
بحث حول الالات البسيطة 
تعريف الآلات البسيطة
الآلة البسيطة جهاز يؤدي عملاً. فالمصانع تستخدم آلات الثّقب الكبيرة، والمخارط، والمكابس لتصنيع المنتجات التي نستخدمها. وتعتمد الأعمال على الآلات الكاتبة، والحواسيب، وآلات أخرى متعددة. وتنقل السيارات والحافلات والطّائرات النّاسَ بسرعة عبر مسافات شاسعة. وكذلك تستخدم عربات الشحن والقطارات والسّفن آلات لنقل البضائع مِنْ وإلى الأسواق. وبدون الآلات، سيجد سكّان المدن الحياة أكثر صعوبة، ولن يستطيع المزارعون زرع ما يسدّ حاجتنا من الأكل. فحياتنا اليوميّة تعتمد بشكل أو بآخر على الآلات.
أقسام الآلات البسيطة
صنع النّاسُ أنواعًا مختلفة من الآلات لأغراض مختلفة. فالقدامى صنعوا فؤوسًا حجرية لاستخدامها كأسلحة وكعدّة، وأعطت الآلات التي طُوّرت تدريجيًا النَّاس تحكُّمًا أكثر في البيئة المحيطة بهم. ولتشغيل هذه الآلات المطوّرة، سخّر الناس الطّاقة النّاتجة عن سقوط الماء، وكذلك الطّاقة النّاتجة عن احتراق الوقود والزيت والذَّرَّة. أما اليوم، فنحن نستخدم آلات عدّة لدرجة أن العصر الذي نعيشه يسمى أحيانًا بعصر الآلة.
تُنتج الآلة قوّةً وتتحكم في اتجاه وحركة هذه القوّة. ولكن لا تستطيع الآلة أن تخلق طاقة، فالعمل المنتج من قبل الآلة يكون دائمًا أقلَّ من الطّاقة التي استهلكتها الآلة. فالآلة فقط تحوّل نوعًا من الطاقة إلى نوع آخر، مثل الطّاقة الكهربائيّة يتمّ تحويلها إلى طاقةٍ ميكانيكية. وبعض الآلات، كمحرّك الديزل أو التوربين البخاري (العنفة البخارية)، تحوّل الطاقة مباشرة إلى حركة ميكانيكية.
أنواع من الآلات البسيطة
تتكوّن معظم الآلات من أجزاء عدّة، مثل التّروس ومحمل الكريّات، وهي تعمل مع بعضها بعضًا بطريقة معقّدة. وبغض النظر عن مدى تعقيد هذه الأجزاء، فإن جميع الآلات تعتمد بطريقة أو بأخرى على ستّة أنواع من الآلات البسيطة. هذه الأنواع السّتة من الآلات هي الذراع الرّافعة، والعجلة والمحور، والبكرة، والسّطح المنحدر، والإسفين، والقلاووظ.
الذراع الرّافعة
هناك ثلاثة أنواع أساسيّة من الأذرعة الرافعة اعتمادًا على نقطة توصيل الجهد، وموقع الثقل، وعلى موقع نقطة ارتكاز الرّافعة. ففي الفئة الأولى من الرّافعات، مثل العتلة، تكون نقطة الارتكاز عادةً بين الثّقل والجهد المبذول. أمّا في الفئة الثّانية من الرّافعات، مثل عربة اليد ذات العجلة الواحدة، فإن الثقل يقع بين نقطة الارتكاز والجهد المبذول. أما الفئة الثّالثة من الرّافعات، فيكون موقع الجهد المبذول بين الثّقل ونقطة الارتكاز، فمثلاً، عندما يرفع شخصٌ كُرَةً في كفه، يكون موقع الثّقل على اليد ونقطة الارتكاز هي الكوع، فالساعد يوفّر القوّة التي تحمل الكرة إلى أعلى.
العجلة والمحور
العجلة والمحور رافعة معدّلة، ولكن باستطاعتها أن تحرّك الثّقل مسافة أبعد من الرّافعة. ففي المِرفاع الذي يستخدم لرفع الماء من البئر، فإن الحبل الذي يحمل الثّقل يكون ملفوفًا حول محور العجلة. ويبذل الجهد من خلال قبضة العمود المرفقي الموجود في جانب العجلة. ويكون مركز المحور هو نقطة الارتكاز، فالميزة الميكانيكية للمرفاع تعتمد على النّسبة بين نصف قطر المحور والمسافة بين مركز المحور وقبضة العمود المرفقي.
الآلة العجلة والمحور استخداماتٌ مهمة لغرض نقل البضائع الثقيلة بالدّحرجة وليس بالانزلاق. فالعجلة نفسها تعتبر من أهم الاختراعات على مدى الوقت. فهي تستخدم بكثرة في جميع أنواع الآلات.
البكرة
عجلة يمرّ عليها حبل أو حزام. وتعتبر من أنواع ا لعجلة والمحور. الفعالية الميكانيكية للبكرة المفردة هي واحد، لأن القوّة المؤثرة في الحبل في الاتجاه السفلي تساوي الثقل المرفوع بالطرف الآخر من الحبل الذي يمر على البكرة. والأهمية الرئيسية للبكرة الواحدة هي استطاعتها تغيير اتجاه القوّة. على سبيل المثال، فالشّخص يستطيع بكل سهولة أن يشدّ الحبل إلى أسفل مستخدمًا وزن جسمه لكي يرفع ثقلاً. ولكي تزيد الفعاليّة الميكانيكيّة، فإن بكرة واحدة توصل بدعامة ثابتة وأخرى توصل إلى الثّقل ويسمح لها بالحركة الحرّة.
السطح المنحدر (المستوى المائل). السطح المنحدر جهاز بسيط قلّما يبدو كآلة على الإطلاق. فالشخص العادي لا يستطيع رفع صندوق وزنه 100كجم لمسافة متر واحد لحمله في مؤخرة شاحنة. ولكن بوضع لوح خشبي طوله 4م من الشاحنة إلى الأرض، يتسنّى للشخص رفع ذلك الصّندوق بسهولة. وإذا انعدم الاحتكاك، فإن القوة المطلوبة لرفع الصندوق ستكون 25كجم تمامًا، فالميزة الميكانيكية للسّطح المنحدر هي طول السّطح المنحدر مقسومًا على الارتفاع العمودي. وتزيد الميزة الميكانيكية كلمّا قلّ ظلّ السّطح المنحدر. ولكن يجب حمل الثّقل مسافة أطول. وبإضافة أسطوانات دوارة، يصبح من الممكن صنع ناقلة أسطوانات دوّارة للتّقليل من الاحتكاك ولزيادة الفعالية.
الإسفين
مقارب للسطح المنحدر. ويستخدم لرفع حمل ثقيل لمسافة قصيرة أو لفصل الأخشاب. وتستخدم المطرقة لطرق وإيلاج الإسفين. ويعتمد مدى تأثير الإسفين على زاوية طرفه الضئيل. وكلما صغرتْ هذه الزّواية، قلّت القوّة المطلوبة لرفع ثقل معين.
القلاووظ (المسمار الملولب)
هو في الواقع سطح منحدر ملفوف بشكل حلزوني حول عمود. والميزة الميكانيكية للقلاووظ هي تقريبًا النسبة بين محيطه والمسافة التي يتقدّمها في كل دورة.
المرفاع اللولبي
كالذي يستخدم في رفع المنازل والهياكل الأخرى، يجمع بين فائدة القلاووظ والرافعة، فالميزة الميكانيكية للمرفاع اللولبي عالية جدًّا، ويكفي قليل من الجهد لرفع حمل ثقيل.
آلات التصميم
طوّر المهندسون آلات متخصّصة وجديدة، وذلك بدمج مبادئ الآلات البسيطة، وغالبًا ما تكون أجزاء هذه الآلات مُوَحّدة القياس، لذلك من الممكن استخدام هذه الأجزاء في آلات مختلفة لتؤدي وظائف مختلفة جدًّا. بعض الأجزاء المعروفة التي توجد في الآلات تشمل: محمل الكريّات، والتروس والمكابس، وبكرات السيور والقضبان الموصلة، والصّمامات، ووصلات الحركة العامة، وأعمدة إدارة مرنة.
مولد التيار المتناوب
تشاهد في الشكل مولداً للتيار المتناوب ذو الطور الواحد يتركب من ملف واحد موضوع بين قطبي مغناطيس يولد مجالاً مغناطيسياً منتظماً ويتصل طرفي الملف بحلقتي زلق معدنيتين تنزلقان على فرشاتين من الكربون.
وتستطيع عزيزي الدارس فهم كيفية تولد التيار المتناوب عندما تضغط على الزر إضغط عندئذ تستطيع رؤية الملف يدور بسرعة زاوية ثابتة بحيث يقطع خطوط المجال المغناطيسي مما يولد قوة دافعية كهربائية حثية تتغير كما في الشكل خلال دورة كاملة ( دالة جيبية) ويخضع إتجاه هذه القوة لقاعدة اليد اليمنى الموضحة بالشكل.
ويكون التيار الذي نحصل عليه في الدارة الخارجية متناوباً ويشكل دالة جيبية أيضاً.
المَحْمِلُ
الأنواع الشائعة من المحامل تحافظ المحامل على دوران مرتكزات أعمدة الآلات بسهولة. وتقلل المحامل من الاحتكاك بين مرتكزات الأعمدة وأجزاء القطع المتحركة كالكريات أو الدليفينيات (الأسيطينات) أو المزلقات.
المَحْمِلُ جزء الآلة الذي يتحكم في توجيه الأجزاء المتحركة ويسمى أيضًا كُرسي التَّحميل. تعمل المحامل على تقليل الاحتكاك والتآكل، بتمكين الأجزاء الدائرة والمنزلقة من الحركة بسلاسة.
وتُستخدم المحامل في أنواع عديدة من الآلات بما في ذلك محركات السيارات، والعنفات (التوربينات)، والمولدات، والمحركات الكهربائية.
تُصنف المحامل عادة وفق وظيفتها؛ فعلى سبيل المثال محامل الدفع تمنع عمود الإدارة من الحركة إلى الخلف والأمام، على طول اتجاه المحور. والمحامل الخطية تُوجّه الأشياء على طول قضيبي. أما محامل مُرتكز العمود، فتجعل العمود يدور بسهولة. وتبحث هذه المقالة محامل مرتكز العمود.
هناك نوعان رئيسيان من محامل مرتكز العمود: محامل التَلامُس الدروجي، والمحامل البسيطة. ويختلف النوعان في طريقة الاحتكاك.
آلة الخياطة
آلة الخياطة آلة تستخدم إبرة لربط الأقمشة معاً بالخيط. ولقد أدخلت هذه الآلة المتعة على الأعمال المنزلية وساعدت العائلات في الحصول على ملابس أفضل وأقل كلفة. وقد مكّنت آلة الخياطة الناس من إنتاج ملبوسات بالجملة في المصانع.
فوائد الآلات البسيطة
عندما يعبر البخار خلال عجلات التوربين فإنَّ طاقة هذا البخار تحوَّل إلى حركة دائريّة. ومن الممكن تحويل الطاقة الميكانيكية للتوربين إلى طاقة كهربائيّة عن طريق المولّد. أمّا بعض الآلات فتنقل فقط العمل الميكانيكي من جزء في الآلة إلى جزء آخر. وهذه الآلات تشمل الأنواع الستّة التي ستذكر لاحقًا. وقدرة الآلة على أداء العمل تقاس بعاملين هما: 1- الفعاليّة 2- الميزة الميكانيكية.
الفعاليّة
فعاليّة (كفاية) الآلة هي النّسبة بين الطّاقة المنتجة والطّاقة المستهلكة من قبل الآلة. والآلات التي تنقل الطّاقة الميكانيكيّة فقط تكون فعاليتُها عادة حوالي 100%. ولكن بعض الآلات تكون فعاليّتها منخفضةً جدًّا تصل إلى 5%. وعمومًا لا توجد هناك أي آلة تعمل بفعالية 100% لأن احتكاك أجزاء هذه الآلة بعضها مع بعض يؤدي إلى استهلاك بعض الطّاقة، وجميع الآلات تنتج بعض الاحتكاك. ولهذا السّبب، فمن المستحيل إيجاد آلة دائمة الحركة. انظر: آلة الحركة الأبدية.
والرافعة خيْرُ مثال على الآلة ذات الفعاليّة العالية. انظر: الرافعة. ولأن الطّاقة المستهلكة بالاحتكاك قليلة جدًا، فإن العمل المنتج يساوي تقريبًا الطّاقة المستهلكة من قبل الرّافعة. أما محرّك السّيارة ففعاليته منخفضة إلى حد 25% فقط، وذلك لأن معظم الطاقة النّاتجة عن احتراق الوقود تفقد في شكل حرارة تتسرب إلى الهواء.
الميزة الميكانيكية
في الآلات التي تنقل فقط الطاقة الميكانيكية، تعرف الميزة الميكانيكية بالنسبة بين القوّة الناتجة عن الآلة والقوة المستهلكة من قبل الآلة. ومن الممكن شرح ذلك عن طريق العتلة التي تعتبر نوعًا من أنواع الرّافعات. فعندما يكون طرف العتلة تحت الثّقل، لابد أن يتكئ جزء منها على دعامة، وكلما قربت نقطة الارتكاز من الثقل قلَّ الجهد المطلوب لرفع الحمل بالضّغط على طرف العتلة، وزادت الميزة الميكانيكية للعتلة. مثلاً، إذا كان وزن الحمل 200 كجم والمسافة من الحمل إلى نقطة الارتكاز هي ربع المسافة من المقبض إلى نقطة الارتكاز فإن الوزن المطلوب لرفع الحمل هو 50كجم، لذلك تكون الميزة الميكانيكية أربعة إلى واحد. ولكن المسافة التي يتحركها الثّقل هي فقط ربع المسافة بين المقبض ونقطة الارتكاز.
مجالات استعمال الآلات البسيطة
- تستعمل الآلات البسيطة في قضاء حاجياتنا اليومية.
- لكل آلة عدة وظائف تقوم بها.
- قد تكون لهذه الآلات فوائد تعود على صاحبها بالربح.
- نقص التعب (تجعل الإنسان في راحة).
- تستعمل للقيام بأعمال مختلفة.
- فيها تستخدم قوة عند نقطة معينة تسمى (الجهد) للتغلّب على قوة أخرى تؤثر عند نقطة أخرى مختلفة تسمى ( الحمولة ).
