فصل سوم علوم تجربی ( ماشین ها )

نیرو ، عامل کشش ورانش ( حرکت ) اجسام است .

زمانی که بریک جسم ساکن نیرو وارد می شود ، ممکن است جسم درجهتی که نیرو بر آن وارد شده است به حرکت در آید . پس دراین صورت می گوییم ، نیرو روی جسم کار انجام داده است .

بعضی وقت ها ما براجسام درحال حرکت هم می توانیم نیرو وارد کنیم که ممکن است سرعت یا جهت حرکت جسم ، درجهت وارد شدن نیرو تغییر کند ، که درچنین شرایطی هم کار انجام گرفته است.

انسان ها درمواردی که نیروی کافی برای انجام دادن کارها را نداشته باشند ازوسایل وابزار های متفاوتی که معمولا ماشین نامیده می شوند استفاده می کنند تا کارها آسان تر وسریع تر انجام شوند .

از آنجا که همه ی ماشین ها باانتقال نیرو به ماکمک می کنند پس می توان گفت که ماشین ها وسیله انتقال نیرو هستند .

ماشین ها چگونه به ما کمک می کنند ؟

ماشین ها به چهار روش مختلف به ما کمک می کنند که عبارتند از :

۱ - همه ی ماشین ها وسیله انتقال نیرو هستند .

۲ - بیش تر ماشین ها جهت نیرو راتغییر می دهند .

دراین گونه ماشین ها ، نیرو ، در جهتی که مناسب تراست وارد می شود . سپس ماشین ، نیرو رادر جهتی دیگر که برای انجام دادن کار مناسب تر است وارد می کند .

مانند : قرقره ، دوچرخه ، الا کلنگ ، ترازوی دوکفه ای و . . .

۳ - بعضی ازماشین ها مقدار نیرو را افزایش می دهند .

بااین گونه ماشین ها می توان از نیرویی کم برای غلبه بر مقاومتی زیاد استفاده کرد . هرگاه بازوی محرک بزرگ تر از بازوی مقاوم باشد ، یعنی نیروی مقاوم ( جسم ) به تکیه گاه نزدیک تر باشد اهرم مقدار نیرو را افزایش می دهد . دراین حالت برای آن که نیرو به حداکثر افزایش یابد ، تکیه گاه باید تا حد امکان به نیروی مقاوم نزدیک باشد .

مانند : دیلم ، درقوطی بازکن ، آچار ، انبردست ، اره ، ماشین چرخ گوشت و . . .

۴ - برخی دیگر ازماشین ها موجب می شوند که نیرو باسرعت بیش تر ودر مسافت بیش تری اثرکند . هرگاه بازوی مقاوم بزرگ تر از بازوی محرک باشد یعنی تکیه گاه به نیروی محرک نزدیک تر باشد ، مسافت وسرعت اثر نیروافزایش می یابد . دراین حالت برای آن که مسافت وسرعت اثر نیرو تا آن جا که ممکن است افزایش یابد ، تکیه گاه باید تا حد ممکن به نیروی محرک نزدیک باشد .

مانند : جاروی فراشی ، چوگان ، راکت تنیس ، چنگال ، پتک ، بازوها و . . .

انواع ماشین ها

برای انجام دادن کارهای گوناگون ازماشین های مختلف استفاده می کنیم . گروهی ازماشین ها که پایه واساس ساخت ماشین های دیگر راتشکیل می دهند .ماشین ساده نامیده می شوند .

گروه بندی ماشین های ساده :

اهرم ها

یک گروه از ماشین های ساده را اهرم می نامند وقتی که قطعه سنگ بزرگی رابه وسیله ی میله ی بلندی ( دیلم ) از جای خودتکان دهیم نوعی اهرم به کار برده ایم ، وقتی که بایک چرخ دستی جسمی راجابه جا می کنیم از اهرم استفاده کرده ایم و . . .

ساده ترین شکل اهرم ، میله ی بلند ومحکمی است که نقطه ای از آن رابرچیزی تکیه می دهیم . که دراین حالت نقطه ای از اهرم که بر چیزی تکیه داده می شود را تکیه گاه می نامند. در اهرم ها یک نیروی به حرکت درآورنده (نیروی محرک ) ویک نیروی بازدارنده ( نیروی مقاوم ) وجود دارد که فاصله نیروی محرک تا تکیه گاه را بازوی محرک وفاصله نیروی مقاوم ( جسم ) تا تکیه گاه را بازوی مقاوم می نامند .

انواع اهرم ها

اهرم نوع اول:

اهرمی است که تکیه گاه در بین دو نیرو (محرک - مقاوم) قرار گیرد ، در این حالت طول اهرم با مجموع هر دو بازوی (محرک - مقاوم)اهرم برابر است، وبر حسب اینکه تکیه گاه بین نیروی محرک و نیروی مقاوم دقیقأ کجا قرار گیرد که خود سه حالت دارد.

حاالت اول : اگر تکیه گاه درست وسط دو نیرو قرار بگیرد ، طول بازوی محرک و مقاوم برابر می شوند. پس این اهرم غیر از انتقال نیرو فقط با تغییر جهت نیرو به ما کمک میکند. در این اهرم مزیت مکانیکی همیشه ۱ است مانند قرقره ثابت ، الا کلنگ

حالت دوم : اگر تکیه گاه به نیروی مقاوم نزدیکتر باشد ، در این حالت طول بازوی محرک بزرگتر از طول بازوی مقاوم میگردد،پس با افزایش مقدار نیرو به ما کمک می کند . وقتی تکیه گاه مطابق شکل به وزنه نزدیک می کنید و تخته را به طرف پایین می کشید . در این حالت برای بلند کردن وزنه نیروی کمتری لازم خواهد بود، ولی وزنه هم مقداری کمی بالا می رود در حالی که دستهای شما بیشتر پایین می آیند .مانند میخ کش وزمانیکه تکیه گاه بین نیروی محرک و نیروی مقاوم ولی نزدیک به نیروی مقاوم باشد, در این حالت, اهرم از راه های زیر به ما کمک می کند.

الف) تغییر جهت نیرو: زیرا تکیه گاه بین نیروی محرک و مقاوم قرار دارد.

ب ) افزایش نیرو: زیرا بازوی محرک بزرگتر از بازوی مقاوم است. ( LR > LE ) و مزیت مکانیکی این اهرم همواره از یک بیش تر است.

حالت سوم : اگر تکیه گاه به نیروی محرک نزدیک باشد ، طول بازوی مقاوم بزرگتر از طول محرک می شود ، پس در این حالت با افزایش مسافت و سرعت اثر نیرو بما کمک می کند. وقتی تکیه گاه را به محلی قرار دهید که به دستتان نزدیک باشد ، در این حالت برای بلند کردن وزنه باید نیروی زیادتری به کار ببرید ، ولی وزنه بیشتر بلند می شود در حالی که دستتان کمی به طرف پایین حرکت می کند. مانند قیچی کاغذ بری وزمانیکه تکیه گاه بین نیروی محرک و نیروی مقاوم بوده ولی نزدیک به نیروی محرک باشد, در این حالت اهرم از راه های زیر به ما کمک می کند.

الف ) تغییر جهت نیرو: زیرا تکیه گاه بین نیروی محرک و مقاوم قرار است.

ب ) افزایش مسافت اثر نیرو: زیرا بازوی مقاوم بزرگتر از بازوی محرک است. (LR >LE) و مزیت مکانیکی این اهرم همواره از یک کم تر است.

اهرم نوع دوم :

اهرمی گفته می شود که نیروی مقاوم آن بین تکیه گاه و نیروی محرک باشد. یعنی تکیه گاه در یک انتها ی اهرم بوده و نیروی مقاوم بین تکیه گاه و نیروی محرک قرار دارد . به عبارت دیگر در اهرم نوع دوم نیروی محرک در یکی از دوسراهرم قرارداردونیروی مقاوم بین تکیه گاه ونیروی محرک قرار دارد .طول بازوی محرک همیشه با طول اهرم برابر است . پس فقط با افزایش مقدار نیرو به ما کمک می کند یعنی در نیروی محرک صرفه جویی می نماید.اهرم نوع دوم جهت نیرو را تغییر نمی دهد . زیرا جهت حرکت نیروی محرک و نیروی مقاوم رو به بالا است.مزیت مکانیکی این اهرم همیشه از یک بیشتر است.

اهرم نوع دوم مانند : چرخ دستی - فرغون - فندق شکن، گیوتین کاغذ، پانچ -درب بطری باز کن و...

اهرم نوع سوم :

به اهرمی گفته می شود که نیروی محرک آن بین تکیه گاه و نیروی مقاوم باشدیعنی در اهرم نوع سوم نیروی مقاوم در یکی از دوسر اهرم ، ونیروی محرک بین نیروی مقاوم و تکیه گاه قرار دارد ، در این نوع، طول بازوی مقاوم همیشه با طول اهرم برابر است ،پس فقط با افزایش مسافت و سرعت اثر نیرو به ما کمک می کند یعنی در وقت صرفه جوئی می کند. مزیت مکانیکی آن کمتر از ۱ است .

مانند :دست وپای انسان ،راکت تنیس، چوب بیس بال ،برف پاک کن ماشینِ -انبریخ – جاروی فراشی- موچین- قند گیر و....

رابطه تعادل در اهرم ها :

به طور کلی درمورد اهرم ها ، هنگامی که از اصطکاک و وزن اهرم صرف نظر شود . رابطه ی زیر برقرار است :

بازوی مقاوم x نیروی مقاوم = بازوی محرک x نیروی محرک

قرقره

یکی دیگر ازماشین های ساده است .این ماشین چون دقیقا همانند اهرم عمل می کند جزو خانواده ی اهرم ها به حساب می آید .

قرقره چرخی است که حول یک محور می چرخد وعموما شیاری دارد که ریسمانی درآن جای می گیرد . قرقره ها را به دودسته ۱ - قرقره ثابت ۲ - قرقره متحرک دسته بندی می کنند .

زمانی که چرخ شیاردار قرقره به یک سطح ثابت متصل باشد، به آن قرقره ثابت می گوییم. یک قرقره ثابت

با تغییر دادن جهت نیرو به ما کمک می کند. به عنوان مثال، برای بلند کردن یک وزنه به کمک یک قرقره ثابت، نیروی محرک در جهت پایین اعمال می شود ولی وزنه به سمت بالا حرکت می کند. ولی باید توجه داشت که یک قرقره ثابت هیچ مزیت مکانیکی ای ندارد و مقدار نیروی محرک هیچ تفاوتی نخواهد کرد و قرقره تنها جهت نیرو را تغییر می دهد.

گروه دیگر قرقره ها، قرقره های متحرک اند. در این نوع قرقره ها، طناب به یک سطح ثابت متصل می شود و خود قرقره بر روی طناب حرکت می کند. نیروی مقاوم بر روی چرخ قرقره وارد می شود و نیروی محرک به سمت محل اتصال طناب و سطح ثابت است. یک قرقره متحرک، نیروی محرک لازم برای غلبه بر نیروی مقاوم را کاهش می دهد.

این دو نوع قرقره ها می توانند با یکدیگر ترکیب شوند و یک دستگاه قرقره مرکب را بسازند. این دستگاه حداقل از 2 قرقره تشکیل شده است. بنابراین قرقره های مرکب بسیار متنوع و گوناگون خواهند بود. با پیچیده شدن قرقره مرکب، نیروی محرک لازم برای غلبه بر نیروی مقاوم کاهش می یابد. به عنوان مثال یک قرقره ی مرکب که یک قرقره ثابت و یک قرقره متحرک دارد، هم نیروی محرک را نصف خواهد کرد هم جهت آن را تغییر می دهد.

قرقره مرکب

برای آنکه هم جهت نیرو راتغییر دهیم وهم مقدار نیرو را افزایش دهیم معمولا ازترکیب قرقره های ثابت ومتحرک به طور همزمان استفاده می کنیم و به این ترتیب قرقره ی مرکب را می سازیم .

درقرقره مرکب ، هر قرقره ی ثابت جت نیرو راتغییر می دهد و هر قرقره متحرک مقدار نیرو را افزایش می دهد . مثلا در شکل زیر که ازترکیب دو قرقره ثابت با دو قرقره متحرک درست شده است مسافتی که نیروی محرک طی می کند چهار برابر مسافتی است که نیروی مقاوم طی می کند یعنی درواقع نیروی ما چهار برابر می شود .

دستگاه قرقره مرکب

سطح شیبدار

سطح شیبدار هم نوعی ماشین ساده است وسبب می شود که بتوانیم به کمک یک نیروی کم اما درمسافتی طولانی ، جسمی را به سمت بالا حرکت دهیم . درحالی که ممکن است جابه جا کردن این جسم بانیروی ماهیچه وبدون استفاده از سطح شیبدار در توان ما نباشد.

سطح شیبدار تنها ماشینی است که هنگام انجام کار حرکت نمی کند . دراین ماشین ساده ، نیرو ها حرکت می کنند ولی ماشین ثابت است وباافزایش نیرو و تغییر جهت نیرو به ما کمک می کند .

درسطح شیبدار ، هرچه طول سطح شیبدار ( X ) نسبت به ارتفاع سطح شیبدار ( H ) ، بیش تر باشد اافزیش مقدار نیرو بیش تر شده و نیروی محرک کم تری لازم است. پس هرچه طول سطح شیبدار بیش تر ، زاویه شیب ( زاویه ای که سطح شیبدار با سطح افق می سازد ) کم تر باشد افزایش مقدار نیرو بیش تر ونیروی کم تری لازم است .

درجاده های کوهستانی ، پیچ ، محل عبور معلولان ، بیل ، راه پله ساختمان ( پلکان ) ، سرسره ، پل های هوایی خیابان ها واغلب نربان ها از سطح شیبدار استفاده می کنند .

ماشین های مرکب و پیچیده

هر وقت دو یا چند ماشین ساده با هم ترکیب شوند ویک ماین جدیدی رابه وجود آورند به آن ماشین مرکب می گویند . مانند مته که از ترکیب پیچ و گوه ساخته می شود .

ماشین های مرکبی که اجزای بسیار زیادی دارند ماشین های پیچیده نامیده می شوند . مانند دوچرخه ، اتومبیل ، تراکتور ، هواپیما و . . .

انرژی

انرژی را توانایی انجام کار تعریف کرده اند ، بدون وجود انرژی هیچ کاری قابل انجام نیست . مثل برای آن که چیزی به حرکت درآید ، باید نیرویی بر آن وارد شود . برای وارد کردن نیرویی که بر مقاومت غلبه می کند ، ازانرژی استفاده می شود . پس در هرجا که کاری باید انجام شود ، به یک منبع انرژی نیازمندیم.

صورت های مختلف انرژی

انرژی شیمیایی
انرژی گرمایی
انرژی حرکتی ( مکانیکی )
انرژی الکتریکی
انرژی هسته ای
انرژی صوتی
انرژی نورانی ( تابشی )
انرژی ماهیچه ای

تبدیل صورت های مختلف انرژی به یکدیگر

دنیای ما هرروز به طور منظم وحساب شده ای درحال تغییر و تحول است واین تغییر تمام پیرامون مارا دربر گرفته است و تبدیلات انرژی نمونه ای از آن همه تغییرات است مانند :

تبدیل انرژی الکتریکی به گرمایی ( بخاری برقی ، اتوی برقی ، هویه برقی ، سماور برقی و . . . )
تبدیل انرژی الکتریکی به انرژی گرمایی ونورانی ( لامپ )
تبدیل انرژی الکتریکی به حرکتی ( پنکه ، سشوار ، ماشین لباسشویی، چرخ گوشت و . . . )
تبدیل انرژی حرکتی به الکتریکی ( ژنراتور ، دینا دوچرخه یا اتومبیل )
تبدیل انرژی الکتریکی به انرژی صوتی ( رادیو ، بلندگو )
تبدیل انرژی صوتی به الکتریکی ( میکروفون )
تبدیل انرژی نورانی به انرژی شیمیایی ( غذاسازی درگیاهان سبز )
تبدیل انرژی نورانی به انرژی الکتریکی ( باتری خورشیدی )
تبدیل انرژی نورانی به گرمایی ( آبگرمکن خورشیدی )
تبدیل انرژی الکتریکی به انرژی شیمیایی ( شارژ کردن باتری های شارژی مانند گوشی موبایل )
تبدیل انرژی شیمیایی به انرژی نورانی وگرمایی ( سوختن چوب وانواع سوخت ها )
تبدیل انرژی شیمیایی به انرژی الکتریکی ( باتری )
تبدیل انرژی حرکتی به انرژی گرمایی ( اصطکاک )
تبدیل انرژی ماهیچه ای به انرژی حرکتی ( قایق پارویی )
تبدیل انرژی الکتریک به انرژی حرکتی وسپس به انرژی صوتی ( زنگ اخبار )
تبدیل انرژی گرمایی به انرژی حرکتی ( موتورهای گرمایی در اتومبیل ، توربین بخار و . . . )
تبدیل انرژی شیمیایی به انرژی نورانی ( کرم شب تاب )

منبع :

http://daneshnameh.roshd.i

فصل سوم علوم تجربی ( ماشین ها )

مطالب مشابه :

علوم پنجم (بخش3 ماشین ها) به همراه نمونه سوال

دانلود+آزمون علوم پایه پنجم - فصل ماشین ها - نور و رنگ و تاریخچه ی زمین

دانلود رایگان بازی ماشین سواری Split Second

ماشین کاری با اسپارک - مقاله ماشین اسپارک edm

دانلود فیلم اموزشی انواع پمپ روغن وطر کار انها

آزمون علوم پایه پنجم - فصل ماشین ها - نور و رنگ و تاریخچه ی زمین

بافت گل ساده و زیبا (قلاب بافی)

فصل سوم علوم تجربی ( ماشین ها )

بافت هد سر یا تل ساده و زیبا (قلاب بافی)