في ممارساتنا اليومية فإننا نستخدم العديد من الآلات البسيطة دون أن ندرك بأنها آلات، وذلك لأن مفهوم الآلة ارتبط في أدمغتنا بالأجهزة المعقدة التي تتطلب الكثير من الطاقة والجهد والتصميم، وفي هذا المقال سنوضح ماهية الآلات البسيطة وفائدة استخدامها، فتابع القراءة.
ما هي الآلات البسيطة؟
الآلات البسيطة هي أجهزة ميكانيكية أساسية تستخدم لتغيير مقدار القوة أو اتجاهها، مما يسهل أداء العمل، وتعد اللبنات الأساسية للآلات الأكثر تعقيدًا، ويقوم مبدأ عملها على توليد عمل مماثل بالمقدار لمستوى الطاقة المبذولة فيها، ويتم تصنيفها في العادة إلى ستة أنواع أساسية، وهي:
- الرافعة: تتكون الرافعة من قضيب أو عارضة صلبة تدور حول نقطة ثابتة تسمى نقطة ارتكاز، وتشمل الأمثلة عليها الأرجوحة والعتلات والمقص.
- العجلة والمحور: تتكون من عجلة متصلة بمحور أصغر بحيث عندما يدور أحدهما يدور الآخر أيضًا، وتشمل الأمثلة عليها عجلات العربات والتروس ومقابض الأبواب.
- البكرة: تتكون البكرة من عجلة محززة يلتف حولها حبل أو حزام، وتُستخدم لرفع أو تحريك الأشياء عن طريق تطبيق القوة عليها، تشمل الأمثلة عليها ساريات العلم والرافعات وستائر النوافذ.
- المستوى المائل: وهو سطح مائل يقلل من القوة اللازمة لرفع جسم ما عن طريق توزيع جهد العمل على مسافة أطول، تشمل الأمثلة عليه المنحدرات والسلالم والأوتاد.
- الوتد: أو الإسفين وهو عبارة عن آلة بسيطة ذات سطح أو سطحين مائلين يلتقيان عند الحافة، وغالبًا ما يستخدم لفصل الأشياء أو رفعها، وتشمل الأمثلة عليه السكاكين والفؤوس ومصدات الأبواب.
- المسمار: عبارة عن مستوى مائل يلتف حول أسطوانة أو مخروط بشكل حلزوني، ويُستخدم لتثبيت الأشياء معًا أو لرفعها أو تحريكها عن طريق الدوران، وتشمل الأمثلة البراغي والمسامير وأغطية الجرار.
وتعمل هذه الآلات البسيطة من خلال مقايضة مقدار القوة اللازمة لإنجاز مهمة ما بالنظر إلى المسافة التي يتم تطبيق القوة عليها، فهي ركيزة الآلات الأكثر تعقيدًا وهي ضرورية في مختلف التطبيقات اليومية.
تعمل الآلات البسيطة على تحسين الكفاءة من خلال تقليل مقدار القوة اللازمة لإنجاز مهمات
ما فائدة استخدام الآلات البسيطة؟
إن استخدام الآلات البسيطة له فوائد عديدة، تساعد في تسهيل المهام اليومية البسيطة والمعقدة كذلك على الفرد، ومن ذلك نذكر:
- زيادة الميزة الميكانيكية: تسمح الآلات البسيطة للمستخدمين بتضخيم القوة ومضاعفتها أو إعادة توجيهها دون مجهود يذكر، مما يسهل أداء المهام التي قد تتطلب المزيد من الجهد، ويُحقق ذلك عن طريق تغيير حجم أو اتجاه القوة المطبقة.
- الكفاءة: تعمل الآلات البسيطة على تحسين الكفاءة من خلال تقليل مقدار القوة اللازمة لإنجاز مهمة ما، وهذا مفيد بشكل خاص في المهام التي تتضمن رفع الأشياء أو تحريكها أو حملها.
- تعدد الاستخدامات: تُعد الآلات البسيطة أدوات متعددة الاستخدامات يمكن تكييفها مع مجموعة واسعة من التطبيقات المختلفة في العديد من القطاعات والمجالات، وبخاصة أن العديد من الأجهزة الثقيلة تعمل بناءً عليها، ويمكن دمجها في تكوينات مختلفة لتناسب الاحتياجات المحددة.
- سهولة الاستخدام: عادةً ما تكون الآلات البسيطة سهلة الفهم والتشغيل، مما يجعلها في متناول المستخدمين بمستويات مختلفة من الخبرة، وتساهم هذه البساطة في استخدامها على نطاق واسع في المهام اليومية كحمل الأغراض ورفعها ونقلها.
- فعالية التكلفة: تُعتبر العديد من الآلات البسيطة غير مكلفة نسبيًا في التصنيع والصيانة، مما يوفر حلولاً فعالة من حيث التكلفة لأداء العمل، وهذا يجعلها في متناول الأفراد والمنظمات ذات الموارد المحدودة.
- السلامة: يمكن للآلات البسيطة تحسين السلامة العامة في كثير من الحالات، عن طريق تقليل الإجهاد البدني وخطر الإصابة المرتبطة بالعمل اليدوي، ومن خلال توزيع القوة بشكل أكثر توازنًا أو توفير ميزة ميكانيكية ما، إذ إنها تساعد في تقليل احتمالية وقوع الحوادث.
- القيمة التعليمية: تعمل الآلات البسيطة كأدوات تعليمية قيمة لتدريس مبادئ الفيزياء والميكانيكا والهندسة وغيرها من العلوم، حيث توفر فرصًا عملية للطلاب لاستكشاف مفاهيم صعبة مثل القوة والحركة والعمل، وتسهل عليهم فهم النظريات والقوانين المستعصية.
وبالعموم تلعب الآلات البسيطة دورًا مهمًا في تسهيل المهام والأنشطة المختلفة، مما يوفر فوائد عديدة للبشرية من حيث الكفاءة والتنوع والسلامة.
أمثلة على الآلات البسيطة
يزخر المحيط من حولنا بالآلات البسيطة المفيدة التي لا يمكننا الاستغناء عنها، وفيما يلي بعض الأمثلة البارزة للآلات البسيطة مع شرح مبدأ عمل كل منها:
-
الأرجوحة
تتكون رافعة الأرجوحة من قضيب صلب (أعمدة الأرجوحة الأساسية) يدور حول نقطة ثابتة تسمى نقطة الارتكاز، وعندما يتم دفع أحد طرفي الرافعة إلى الأسفل، يرتفع الطرف الآخر بالمقابل، وهذا يسمح بمضاعفة القوة أو إعادة توجيهها، حيث تنتقل القوة التي يطبقها أحد الأشخاص على أحد طرفيه إلى الطرف الآخر، مما يسمح للثقل بالارتفاع للأعلى.
-
عجلات السيارة
وتقوم بالعمل على مبدأ العجلة والمحور بحيث تتصل عجلة كبيرة بمحور أصغر، حيث يدور كلاهما معًا، وعندما يتم تطبيق القوة على العجلة، فإنها تتسبب في دوران المحور أيضًا، وتستخدم هذه الآلة البسيطة لتضخيم القوة أو تغيير اتجاهها، وفي حالة عجلات السيارة تُنقَل قوة الدوران المطبقة على العجلة بواسطة المحرك إلى المحور، والذي يقوم بدوره بعد ذلك بتحريك السيارة للأمام.
-
سارية العلم
تتكون البكرة من عجلة محززة يلتف حولها حبل أو حزام، وعندما تُطبق القوة على أحد طرفي الحبل، فإن ذلك يؤدي إلى دوران العجلة في المنتصف، مما يسمح برفع الأشياء أو تحريكها، وغالبًا ما تُستخدم البكرات لتغيير اتجاه القوة أو لتوفير ميزة ميكانيكية في الآلة، وفي حالة سارية العلم يسمح نظام البكرة برفع العلم وخفضه بجهد أقل وسهولة أكبر.
-
المنحدرات
المستوى المائل هو سطح ذو ميلان يقلل من القوة اللازمة لرفع جسم ما عن طريق نشر العمل على مسافة أطول، بحيث يسمح بالحركة الرأسية لجسم ما بقوة أقل عن طريق زيادة المسافة التي يتم تطبيق القوة عليها، وفي حالة المنحدر، فإنه يسهل نقل الأشياء الثقيلة مثل الأثاث أو الأمتعة لأعلى أو لأسفل المنحدر، ويستخدمها عاملة البناء بكثرة لنقل الأوزان الثقيلة مثل أكياس الإسمنت.
-
الفأس
يُعد الإسفين آلة بسيطة ذات سطح أو سطحين مائلين يلتقيان عند الحافة، وعندما تُطبق القوة عليه، فإنه يطبق الضغط على القطع المنفصلة عنه، وتستخدم الأوتاد لزيادة القوة في اتجاه معين، وفي حالة الفأس، تركز الشفرة ذات الشكل الإسفيني القوة عند الحافة، مما يسهل تقطيع الخشب.
-
مفك البراغي
عندما يتم تدوير المسمار لإخراجه فإنه يتحرك عبر السطح، وذلك بفعل القوة المبذولة للإمساك بالأشياء ورفعها معًا، وتُستخدم البراغي لتحويل الحركة الدورانية إلى حركة خطية وتكون فعالة في تثبيت الأشياء بقوة في مكانها، وفي حالة مفك البراغي يؤدي الدوران إلى تطبيق القوة لتدوير المسمار، إما عن طريق شده أو فكه.
توضح هذه الأمثلة كيفية استخدام كل آلة بسيطة للمبادئ الأساسية للفيزياء لإنجاز مهام مختلفة، مما يجعل العمل أسهل وأكثر كفاءة.
كما قلنا فإن الآلات البسيطة هي أجهزة ميكانيكية أساسية تستخدم لتغيير مقدار القوة أو اتجاهها، مما يسهل أداء العمل، إذ تُعد الآلات البسيطة مفيدة من حيث زيادة الميزة الميكانيكية، وسرعة إنجاز العمل، وتقليل الجهد المبذول، وتوفير الوقت، وتوفير معايير السلامة والأمان، وهناك الكثير من الأمثلة عليها من حولنا كالمقص، والفؤوس، والأرجوحة، والبكرات والمنحدارت وغيرها.
