كيفية استخدام الآلات البسيطة مثل الروافع للحصول على المياه والحفاظ عليها
كيفيه استخدام الآلات البسيطة مثل الروافع للحصول على المياه والحفاظ عليها، هو موضوعنا اليوم عبر موقع مقال mqall.org ، فهو من الموضوعات العلمية الهادفة والتي نراها في حياتنا اليومية.
فالروافع حولنا في كل مكان بأشكال مختلفة وخاصة التي تستخدم في استخراج المياه من الآبار أو الأنهار أو في تحلية مياه البحر.
محتويات المقال
[ عرض ]
الآلة البسيطة
- عند تعريف الآلة البسيطة في الفيزياء والميكانيكا، فإنها تعرف بأنها آلة حركة، تغير اتجاه الأشياء، أو مقدار القوة المستخدم، للحصول على عمل بسيط، وناتج جيد.
- ويمكن للآلات البسيطة أن تقوم بعملها مستخدم فيه قوة واحدة، وهي قوة الرفع، دون النظر إلى قوة الاحتكاك التي تعتبر قوة أساسية في عملها.
- ويكون استخدام قوة الرفع عند تطبيقه تساوي العمل الذي ينشأ عن قوة الحمولة المرفوعة إلى أعلى، وذلك مثل الطرمبات اليدوية القديمة.
- ومن خلال ذلك يمكن معرفة كيفية استخدام الآلات البسيطة مثل الروافع للحصول على المياه والحفاظ عليها.
واقرأ لمزيد من الإفادة حول: علم الفيزياء وارتباطه بالعلوم الأخرى
الآلات البسيطة منذ القدم
- في الغالب يشير مصطلح الآلات البسيطة عند ذكره إلى 6 من الآلات التي عرفت منذ القدم، وهي كالتالي:
البكرة
- وتعد البكرة من أنواع الروافع الميكانيكية، وتكون على شكل عجلة مجوفة حولها حبل أو حزام يلتف عليها.
- تستخدم البكرات لتغيير اتجاه القوة المؤثرة، أو لتوصيل حركة تدويرية.
- ويعتبر نظام البكرة مكون من بكرتين أو أكثر من ذلك ترتبطان من خلال حزام أو حبل.
- تساعد البكرة على نقل القوة أو السرعة من خلال المحاور، وتكون كفاءتها عالية جدا، تصل إلى 98%.
- كلما كانت البكرات المتصلة بأحجام مختلفة، ساعد ذلك على الحصول على الربح الميكانيكي.
أنظمة البكرة والحبل
- تشبه البكرة السهلة وضع حبل حول شجرة، ويمكن وصف البكرة مع الحبل بصورة حبل واحد يوصل القوة الحركية الخطية.
- ويكون توصيل القوة الحركية عن طريق البكرة إلى الحمل، ويكون باستخدام بكرة واحدة أو أكثر من بكرة، لتتحمل الثقل، المرفوع ضد الجاذبية.
- في نظام البكرة من الحبل الواحد وبكرات معه، يكون الناتج الميكانيكي مساوي لعدد البكرات.
- فإذا استخدمت بكرة واحدة، فهي لتغيير الاتجاه فقط، ولكن كلما زاد عدد البكرات قلت الكفاءة، بسبب توليدها للاحتكاك في النظام.
أنواع البكرات
- البكرات لها نوعان بكرة ثابتة، وبكرة متحركة.
أنظمة البكرات
- النظام الثابت للبكرات، وفيه تكون البكرة في محور ثابت لا يتحرك من مكانه المحدد.
- النظام المتحرك للبكرات، ويعني أن البكرة يكون لها محور متحرك حر، يتحرك بحرية في الفراغ.
- والنظام المعقد، وهو يجمع بين النظام الثابت والنظام المتحرك.
المِلْفَاف
- الملفاف هو آلة يتم استخدامها في رفع الأحمال، وهي من أهم اختراعات الإنسان في التاريخ.
- وبشكل مبسط فإن الملفاف يتكون من أسطوانة ثابتة فوق عجل متحرك، بحيث يتحركون على نفس المستوى، وعلى نفس المحور.
- وتوجد نقطة الارتكاز في مركز الأسطوانة، وفي نصف القطر من الأسطوانة، حيث توجد ذراع الحمل.
- ويوجد في نصف قطر العجل ذراع القوة، وفي بعض الأنواع الأخرى تستخدم ذراع للإدارة كبديل عن العجل نفسه.
مزايا المِلْفَاف
- من أهم مزايا الملفاف القدرة على رفع الأحمال الثقيلة بجهد بشري ضئيل.
- وقانون الملفاف هو أن: حاصل ضرب القوة × نصف القطر للعجل = حاصل ضرب حمل ما × نصف القطر للأسطوانة.
- ومعادلة القانون كالتالي: إذا كان (ق) هو القوة، حيث ن هي نصف قطر العجل، ول الحمل.
- وع هو نصف القطر للأسطوانة، فإن ق *ن = ل *ع، أو ل/ق = ن/ع.
استخدامات المِلْفَاف
- يستخدم الملفاف العادي في عملية رفع الماء من الآبار، ويكون من ضمن مكوناته ذراع التدوير بديلاً عن العَجَل.
- وفي عمله تكون اليد البشرية هي الجهد على الذراع، ويكون جردل الماء بوزنه هو الثقل المستخدم.
- وفي حجر الطاحون تكون ذراع العجل أطول في العادة من ذراع التدوير.
- فالسرعة مطلوبة أيضاً، مثلها في ذلك مثل القوة.
السطح المنحدر
- السطح المنحدر هو نوع من أنواع الآلات البسيطة، ويكون عبارة عن سطح انسيابي.
- تكون نقطتيه للبداية والنهاية على ارتفاعات مختلفة.
- فإذا تحرك الجسم على سطح منحدر تصبح القوة التي تلزم لرفعه أقل من القوة اللازمة لرفع الجسم بشكل طولي مباشر.
- وتبعا لقانون حفظ الطاقة، فالطاقة التي تلزم للرفع لا تتغير، مع استعمال السطح المنحدر أو دون استخدامه، وذلك رغم إهمال الطاقة الناشئة من الاحتكاك.
الإسفين
- من أبسط الأمثلة للإسفين، فكي الإنسان عند قضم التفاحة مثلا، وهذا يجعلنا نستدل أن الإسفين هو سطح مائل ومتحرك في نفس الوقت، ويكون له وجهان مائلان.
- ويرتكز عمل الإسفين على تغيير اتجاه القوة التي تبذل على الجسم.
- وعند تشبيه الفكين بالإسفين، فيمكن تخيل الأسنان الأمامية أسافين.
- وعندما يتم الدفع بالأسنان الأمامية في التفاحة، تصبح قوة الدفع متغيرة إلى الجانب لتدفع قشرة التفاح إلى الجانب.
المحوى
- هو مسمار القلاووظ، وهو عبارة عن قطعة معدنية أسطوانية، مدببة من أحد الطرفين، وتكون مستعرضة أو عريضة من الطرف الآخر.
- وعند تدوير المحوى من رأسه بعد تثبيته في المكان المراد كقطعة الخشب، يدخل إلى قطعة الخشب، ويخترقها، ويثبت بها بشكل يصعب بعدها إزالته إلا بتدويره إلى الاتجاه المعاكس.
أنواع المحوى
- توجد منه أنواع وأشكال وأحجام متعددة، فمنه المصنوع من الحديد، أو الألومنيوم، أو البلاستيك، ولكل نوع استخدام مختلف.
- ويستخدم أنواع ومقاسات مختلفة من المفكات في تثبيت المحوى بأنواعه، وأنواع المفكات المستخدمة له تأتي متناسبة مع القوة اللازمة لعملية تثبيت المحوى.
الرافعة
- وتعرف الرافعة بأنها آلة تستعمل عند نقطة ارتكاز معينة مناسبة لضعف القوة التي يمكن أن تطبق على جسم آخر.
- ويعرف أن تأثيرها يوصف بأنه ذا ميزة ميكانيكية.
أنواع الروافع
- تنقسم الروافع إلى ثلاثة أنواع، تعتمد جميعها على نقطة الارتكاز.
- النوع الأول من الروافع، وهي التي تكون بين القوة المؤثرة والمقاومة، من حيث وقوع محور الارتكاز، مثل المقص.
- النوع الثاني من الروافع، وهي التي تكون نقطة مقاومتها بين القوة المؤثرة ومحور الارتكاز، مثل كسارة الجوز، وعربة الحديقة.
- والنوع الثالث من الروافع، وهي التي تكون قوة تأثيرها بين محور الارتكاز والمقاومة، مثل الدباسة.
أنواع أحدث للروافع
- المضخات أو الطرمبات المائية، والتي تستخدم في رفع المياه الجوفية من باطن الأرض، وهي أحد أهم أنواع الروافع.
- الساقية الدوارة، تشبه الطرمبات في عملها، وتكون الساقية عبارة عن بكرة يتدلى منها حبل ينتهي بإناء يتم من خلاله سحب المياه من البئر.
- يسحب الماء من البئر عن طريق لف البكرة من أحد الاتجاهات لينزل الإناء إلى الأسفل في البئر ويمتلئ بالماء، ثم تلف البكرة في الاتجاه المعاكس، لرفع الإناء.
- الشادوف، وهو عبارة عن عصا طويلة من الخشب، تعلق على محور ارتكاز دائري، ويثبت على عارضة، ترتكز على عمودين.
- وفي الطرف القصير يتم وضع ثقل كحجارة مثلا، والطرف الآخر يعلق دلو بواسطة حبل، ويتم إنزال الدلو في الماء حتى يتم امتلائه، ثم يرفع من خلال الثقل الموجود في الطرف الآخر.
أهمية الروافع في حياة الإنسان
- تعتبر الروافع من الآلات ذات الأهمية العظيمة في حياة الإنسان، فقد يسرت وسهلت عليه الكثير من الأمور، كما أنها وفرت علية الوقت والمجهود.
- وتأتي أهميتها لعدة أسباب وعوامل مهمة في نظام عملها، جعلها من الأشياء الهامة في حياة الإنسان.
- من بين تلك الأسباب تكبير أو زيادة القوة، ويكون من خلال استخدام قوة صغيرة لمحاولة تحريك ثقل أكبر منها، وبالتالي يقل الجهد المطلوب لتحريكها، وذلك مثل العتلة.
- ومن أهمية الروافع أيضاً تكبير المسافة، بحيث يمكن رفع أشياء عبر ذراع الرافعة، وتحريك الرافعة في مسافات تعتبر صغيرة، إلى مسافات كبيرة، ومثالها المكنسة الكهربائية.
- زيادة السرعة من بين عوامل أهمية الروافع في حياة الإنسان، حيث تعمل بعض الأنواع من الروافع على زيادة سرعة الجسم الذي تؤثر عليه، وذلك مثل مضرب الهوكي.
- ومن بين عوامل أهميّتها أيضاً، نقل أو تحريك الجسم من مكان إلى آخر، مثل المكنسة اليدوية.
- دقة الروافع في أداء الأعمال، من بين عوامل أهميتها، فهي ذات قدرة على العمل بشكل دقيق، مثل الملقط، في عمله على التقاط الأشياء الدقيقة الصغيرة.
- تستطيع هذه الروافع اجتناب المخاطر، مثل الحرارة والبرودة، أو حتى المواد ذات السُّمِّية.
استخدامات مختلفة للروافع في الحياة اليومية
- الماء أساس حياة كل المخلوقات على وجه الأرض، وهو مقوم مهم من مقومات الحياة، لا يمكن لأي كائن حي الاستغناء عنه.
- ويعتبر للروافع دور فعال في المحافظة على المياه من خلال تدعيم فكرة الحياة في البيئات الصحراوية.
- تستخدم الروافع في رفع واستخراج المياه من الآبار لاستخدامها في الشرب والزراعة.
- كما تسهل الروافع عملية نقل وتحريك الأحجار والصخور الثقيلة من مكان إلى آخر.
- وأيضاً تستخدم الروافع حتى من قبل الحكومات لاستخراج البترول من باطن الأرض، من خلال الآبار التي تحفرها للاستكشاف في الصحراء.
- كما تستخدم الروافع في سحب الحيوانات إلى الأعلى، بعد الذبح للقيام بسلخها وتقطيعها فوق الرافعة، وذلك للحصول على لحومها.
- ولا شك أن من أهم استخدامات الروافع تأتي من معرفة كيفية استخدام الآلات البسيطة مثل الروافع للحصول على المياه والحفاظ عليها.
ومن هنا يمكنكم التعرف على: بحث وصف الحركة الدورانية فيزياء ثاني ثانوي
كيفية استخدام الآلات البسيطة مثل الروافع للحصول على المياه والحفاظ عليها
- تتم عمليات تنمية الموارد المائية في الصحراء، سواء من الحكومة، أو من السكان أيضاً.
- وهذه التنمية تكشف عن أهمية الروافع في الحصول على المياه، وبالتالي الحفاظ عليها.
- فتقوم الحكومة والأهالي بحفر الآبار بنوعيها العميقة والسطحية في الصحراء، واستخراج المياه منها.
- كما يتم استخدام الطاقة الشمسية في تشغيل المضخات التي تستخرج المياه الجوفية.
- توجد طرق أخرى أيضاً لاستخدام الروافع في الحصول على المياه والمحافظة عليها، وذلك مثل الترشيح بالسحب الأفقي، وحفر الآبار بالحِرَب والأدوات الحديدية، وحفر الآبار المتوسطة، والعميقة.
- وهكذا يمكن معرفة كيفية استخدام الآلات البسيطة مثل الروافع للحصول على المياه والحفاظ عليها.
كيفية المحافظة على المياه
- يتم الحفاظ على المياه بطرق مختلفة ومتعددة، ومن بين تلك الطرق استخدام الروافع في استخراج المياه، مما يقلل من عوامل فقدانها، لأنها تعمل على استخراج المياه بطرق رأسية في الغالب.
- ومن بين الطرق أيضاً المتبعة للحفاظ على المياه، بناء السدود، والخزانات الكبيرة لحفظ المياه، وهذه السدود أو الخزانات تستخدم نظام الروافع في إنشائها أو حتى في طرق عملها.
- كما أن ترشيد استهلاك الناس للمياه في أعمالهم اليومية كالطبخ، والاستحمام، والتنظيف، وغيرها من الاستخدامات، تعتبر من أهم طرق المحافظة على الماء من الهدر.
- كذلك يجب التوعية الدائمة من المؤسسات والحكومة والأفراد بأهمية المياه، وضرورة المحافظة عليها، وعدم إهدارها.
- كما يجب التوعية بعدم إلقاء الناس للمخلفات والحيوانات النافقة والقمامة في مياه الأنهار والبحار.
- محاولة استخدام طرق أقل إهداراً للمياه في سقاية المزروعات وريها، كالري بالتنقيط، والري بالرش.
- وهكذا نستطيع معرفة كيفية استخدام الآلات البسيطة مثل الروافع للحصول على المياه والحفاظ عليها.
كما أدعوك للتعرف على: ما اسم القاعدة المستخدمة لتحديد اتجاه القوة المغناطيسية في الفيزياء
كيفية استخدام الآلات البسيطة مثل الروافع للحصول على المياه والحفاظ عليها من الموضوعات المهمة، والتي تبحث عنها الحكومات، قبل الأفراد للعمل بها وتطبيقها، وقد تناولنا في المقال السابق نبذة عن الروافع وأنواعها وكيفية عملها.