الفيزياء

نشاط عملي يوّضح كيفية صنع عتلة الرفع

2011 تجارب علمية القوة والحركة

غريس ودفورد

مؤسسة الكويت للتقدم العلمي

كيفية صنع عتلة الرفع عتلة الرفع الفيزياء

– الأهداف:

1- صنع عتلة من النوع الأول.

2- اكتشاف كيفية تضخيم العتلة للعزم.

 

– الأدوات التي تحتاجها:

1- مسطرتان طول كل منهما 1 قدم (30 سم)

2– 24 عود ثقاب

 

3- شريط لاصق

4- أربعة كتب

 

5- علبتان من علب أفلام التصوير

6- قطع نقدية معدنية أو حلقات معدنية

7- صلصال اللعب

 

– خطوات العمل: 

1– ارسم خطوطاً على إحدى المسطرتين بفواصل تبلغ 1 بوصة (2.5 سم) ثم الصق أزواجاً من أعواد الثقاب بجانب كل علامة على المسطرة.

وينبغي أن يكون كل زوج من أزواج أعواد الثقاب متباعداً بمسافة 0.13 بوصة (3مم) عن الآخر. ستساعد أعواد الثقاب على عدم انزلاق العتلة.

 

2- استخدم الآن المسطرة الثانية كي تصنع منصة تستند إليها العتلة. أدخل المسطرة بين أربعة كتب سميكة. اترك حوالي 12 بوصة (30 سم) من منتصف المسطرة مكشوفاً. تكون النقطة التي تتوازن عندها العتلة على هذه المسطرة هي نقطة الارتكاز.

 

3- خذ قطعتين متماثلتين من الصلصال. ضع قطعة منهما على قاعدة كل من علبتي أفلام التصوير. ثم الصق كلاً منهما على طرفي العتلة في الجانب الخالي من أعواد الثقاب.

 

4- استخدم القطع النقدية أو الحلقات المعدنية كأثقال. ضع ثقلين من هذه الأثقال داخل إحدى العلبتين وأربعة منها في العلبة الأخرى. ستحاول رفع الوزن الأثقل (الحمل) عن طريق الوزن الأخف (الجهد)، باستخدام العتلة التي صنعتها لتكبير الجهد.

 

5- ضع العتلة على منتصف المسطرة الحاملة، لكنها لن تتوازن في البداية، لذلك عليك ترتيب موقع الوزن الأخف إلى أن تتوازن العتلة. قم بتسجيل موقع نقطة الارتكاز (مكان تلامس المسطرتين) والمسافة بين نقطة الارتكاز والأوزان. كرر النشاط محركاً العتلة في كل مرة بمقدار تدرج واحد من تدريجات أعواد الثقاب.

 

ارسم مخططاً بيانياً يُظهر المسافة من الوزن الأثقل (الحمل) وصولاً إلى نقطة الارتكاز مقابل المسافة من الوزن القليل (الجهد) إلى نقطة الارتكاز عند توازن الثقلين (انظر إلى الأسفل).

إن العتلة في هذا النشاط الأول تمثل النوع الأول من العتلات. حاول أن تصنع عتلة من النوع الثاني. ستقوم هذه المرة بتطبيق الجهد عن طريق شدّ شريط مطاطي بدلاً من استعمال علبة مملوءة بالأثقال.

اسند أحد طرفي العتلة على المسطرة الثابتة (تمثل المسطرة الثابتة نقطة الارتكاز). قم الآن بوضع ثقل في أعلى العتلة بمحاذاة نقطة الارتكاز. خذ شريطاً مطاطياً بعد ربط عقدة في أحد طرفية.

 

ضع العقدة فوق العتلة بحيث تستطيع شدّها كي تقوم برفع الحمل (انظر الصورة).

ضع الشريط المطاطي عند نقطة أقرب إلى الحمل ثم ارفع العتلة بهدوء. قم بقياس مقدار تمدد الشريط المطاطي. وكي تفعل هذا، ضع إشارة على أعلى وأسفل الشريط المطاطي، ثم قس المسافة بينهما قبل وبعد شدّك الحمل.

الآن حرك الشريط المطاطي تدريجة واحدة من تدريجات عود الثقاب بعيداً عن الحمل، ثم كرر عملية الرفع والقياس. استمر في ذلك إلى أن تصل إلى نهاية العتلة بعيداً عن نقطة الارتكاز.

 

ارسم مخططاً بيانياً تبيّن فيه مقدار تمدد الشريط المطاطي مقابل المسافة بينه وبين الحمل. يمثل مقدار تمدد الشريط المطاطي الجهد الذي تحتاج إلى تطبيقه كي ترفع الحمل في كل مرحلة.

ماذا تستنج من المخطط الجديد حول عمل العتلة من النوع الثاني؟ انظر إلى المسافة الصغيرة التي يتحرك فيها الحمل، مقارنة بالجهد في هذا النوع من العتلات.

 

قم الآن بإعادة ترتيب نقطة الارتكاز والحمل والجهد كي تصنع العتلة من النوع الثالث. تبقى نقطة الارتكاز كما كانت في عتلة النوع الثاني، لكن الحمل ينبغي أن يكون في الطرف المقابل للعتلة من نقطة الارتكاز.

ينبغي ربط الشريط المطاطي حول العتلة بين نقطة الارتكاز والحمل. ابدأ التجربة بحيث يكون الشريط المطاطي قريباً من نقطة الارتكاز. ثم حركه تدريجياً نحو الحمل.

 

ارسم مخططاً بيانياً تبيّن فيه مقدار تمدد الشريط المطاطي مقابل البعد عن الحمل. قارن بين هذا الرسم البياني والرسم البياني السابق لعتلة النوع الثاني.

لاحظ مدى انتقال احمل مقارنة بالجهد المُطبّق. عليك أن تتذكر أن العتلة من النوع الثالث تقوم بتكبير الحركة وليس العزم.

 

استكشاف الأخطاء وتصحيحها

ما العمل لو أن علبتَي أفلام التصوير كانتا تسقطان من العتلة في كل مرة أقوم برفعها من أجل نقلها؟

استخدم قطعة أكبر حجماً من الصلصال كي تثبّت العلبة في مكانها، ولكن عليك أن تتأكد من استعمالك كمية الصلصال نفسها في أسفل العلبتين، وإلا فإن وزن الصلصال سيؤثر في تجربتك. وإذا كنت قلقاً حول اختلاف وزن قطعتي الصلصال، قم بوزنها بواسطة ميزان المطبخ قبل تثبيتها في أسفل العلبة.

 

العتلة المرتجلة

أصبح (تشاك ييغر) في العام 1947 أول إنسان يسافر بسرعة تتجاوز سرعة الصوت. وفي اليوم الذي سبق طيرانه التاريخي، كان (ييغر) قد سقط عن ظهر حصانه أثناء عدوه عبر الصحراء.

وقد وجد من المستحيل، بعد أن أصيب بكسور في أضلاعه، أن يغلق غطاء قمرة الطيار، إلى أن قام بربطه بعصا المكنسة، محولاً بذلك تلك العصا إلى عتلة طويلة.

 

– تحليل النشاط: لقد كان موقع نقطة الارتكاز بالنسبة للجهد والحمل أساسياً في جميع أنواع العتلات. ولابدّ أن هذه المعطيات قد ظهرت في مخططاتك البيانية، وكلما ابتعد الجهد عن نقطة الارتكاز، أصبحت عملية تحريك الحمل أكثر سهولة.

وعندما استخدمت الشريط المطاطي كي ترفع العتلة من النوع الثاني، لابدّ أنك لاحظت أنه كلما كان الشريط المطاطي أكثر بعداً عن نقطة الارتكاز أصبح تمدده أقل واحتجت إلى جهد أقل.

 

وعندما كان الشريط المطاطي أقرب إلى نقطة الارتكاز زاد تمدده وأظهر أن هناك حاجة لجهد أكبر لتحريك الحمل.

ولابدّ أنك أدركت أيضاً أنه كلما زاد طول العتلة أصبح من الأسهل رفع الحمل، ولكن إذا زاد طول العتلة كثيراً فإنها ستنكسر بسبب الضغط.