الدرس ٣: الشغل والآلات البسيطة (٢)

يقوم هذا الدرس على مفهوم الشغل وكيفية حساب الناتجة عن ضرب القوة في المسافة التي تؤثر خلالها، أي ش = ق ضرب ف. والآلة البسيطة هي أداة تسهل العمل عبر زيادة القوة أو المسافة أو تغيير اتجاه القوة المؤثرة. تقاس الفائدة الآلية بقسمة القوة الناتجة على القوة المبذولة. يضم الدرس ستة أنواع أساسية من الآلات البسيطة وهي: الرافعة، والبكرة، والعجلة والمحور، والسطح المائل، والإسفين، والبرغي. كمثال سريع، عندما تدفع صندوقا لمسافة معينة بقوة محددة فأنت تبذل شغلا، والآلة مثل المنحدر تسهل رفع هذا الصندوق إلى أعلى بجهد أقل.

الفكرة الأساسية

الدرس يربط بين مفهوم الشغل المبذول بواسطة القوة والمسافة، وكيف تستخدم الآلات البسيطة لتسهيل إنجاز الأعمال اليومية عبر تغيير القوة أو المسافة أو الاتجاه.

الشرح

الشغل يساوي القوة المؤثرة مضروبة في المسافة التي تؤثر خلالها، ونعبر عن ذلك بالمعادلة: ش = ق ضرب ف. الآلة عبارة عن أداة تسهل العمل، وتعمل الآلة على زيادة القوة أو المسافة أو تغيير اتجاه القوة المؤثرة. أما الفائدة الآلية فهي تساوي القوة الناتجة مقسومة على القوة المبذولة. وهناك ستة أنواع من الآلات البسيطة: الرافعة، والبكرة، والعجلة والمحور، والسطح المائل، والإسفين، والبرغي.

مثال محلول خطوة بخطوة

إذا بذلت قوة مقدارها ٣٠ نيوتن لتحريك صندوق مسافة ٣ أمتار، فما مقدار الشغل المبذول؟ الخطوة الأولى: حدد المعطيات، القوة ق = ٣٠ نيوتن، المسافة ف = ٣ أمتار. الخطوة الثانية: اكتب قانون الشغل، الشغل ش = ق ضرب ف. الخطوة الثالثة: عوض بالأرقام، ش = ٣٠ ضرب ٣ = ٩٠ جول.

أخطاء شائعة

الاعتقاد بأن الآلة البسيطة تقلل مقدار الشغل الإجمالي اللازم لإنجاز المهمة، بينما الصحيح أن الآلة تسهل العمل بتغيير مقدار القوة أو المسافة فقط دون أن تغير مقدار الشغل الكلي.

سؤالان للتدريب مع الإجابة

السؤال الأول: ما هي الآلات البسيطة الست المذكورة في الدرس؟ الإجابة: الرافعة، والبكرة، والعجلة والمحور، والسطح المائل، والإسفين، والبرغي. السؤال الثاني: ما المعادلة المستخدمة لحساب الشغل؟ الإجابة: الشغل = القوة ضرب المسافة (ش = ق ضرب ف).