ما هي حاسبة الرافعة؟
الرافعة واحدة من الآلات البسيطة الست الكلاسيكية: قضيب صلب يدور حول نقطة ارتكاز. تطبّق هذه الحاسبة قانون الرافعة لتحديد الفائدة الميكانيكية (MA) لأي رافعة والقوة الناتجة (قوة الحِمل) التي يمكنها توليدها. وهي تصلح للروافع من النوع الأول والثاني والثالث ما دمت تُدخل ذراع القوة وذراع الحِمل مقاسَين من نقطة الارتكاز.
كيفية استخدامها
أدخل ذراع القوة — وهو المسافة من نقطة الارتكاز إلى موضع الدفع (\(d_{in}\)) — وذراع الحِمل — وهو المسافة من نقطة الارتكاز إلى الحِمل (\(d_{out}\)). استخدم أي وحدة طول بشرط أن تكون موحّدة. ويمكنك اختياريًا إدخال قوة الجهد المبذولة (\(F_{in}\)) لتعرف قوة الحِمل الناتجة. تخبرك الفائدة الميكانيكية بعدد المرات التي تضاعف بها الرافعة قوتك.
شرح المعادلة
ينص مبدأ العزوم على أن الرافعة المتزنة تحقق العلاقة $$F_{in} \cdot d_{in} = F_{out} \cdot d_{out}$$. وبإعادة ترتيبها نحصل على الفائدة الميكانيكية $$MA = \frac{d_{in}}{d_{out}} = \frac{F_{out}}{F_{in}}$$. فإذا كانت الفائدة الميكانيكية أكبر من 1 فهذا يعني أن الرافعة تضاعف القوة (تكسب قوةً مقابل مسافة أطول)، وإذا كانت أقل من 1 فهي تضاعف المسافة والسرعة بدلًا من ذلك.
مثال محلول
لنفترض عتلة (مخل) ذراع قوتها 100 سم وذراع حِملها 25 سم. عندئذٍ \(MA = \frac{100}{25} = 4\). وإذا دفعت بقوة جهد مقدارها 50 نيوتن، تصبح قوة الحِمل \(50 \times 4 = 200\) نيوتن — أي أن العتلة تضاعف جهدك أربع مرات.
الأسئلة الشائعة
ما الوحدات التي يجب أن أستخدمها؟ أي وحدات موحّدة. يكفي أن يتطابق طولا الذراعين مع بعضهما؛ أما القوة فتكون بالوحدة التي تُدخلها (نيوتن، رطل-قوة، كيلوغرام-قوة، إلخ).
ماذا تعني الفائدة الميكانيكية الأقل من 1؟ تعني أن الرافعة تقلّل القوة لكنها تزيد السرعة ومدى الحركة — وهو أمر نموذجي في روافع النوع الثالث مثل ساعد الإنسان أو صنّارة الصيد.
هل تأخذ الحاسبة الاحتكاك أو وزن القضيب بالحسبان؟ لا. إنها نموذج مثالي يفترض قضيبًا صلبًا عديم الوزن ونقطة ارتكاز خالية من الاحتكاك، وهو دقيق بما يكفي لمعظم مسائل التصميم والواجبات الدراسية.
