دانستنی های علوم

سطح شيبدار سطحي است كه بازمين داراي  زاويه باشد . مانند جاده هاي كوهستاني  پلكان ساختمان – نردبان

تفاوت سطح شيبدار با اهرمها ، چرخ ومحورها ، وقرقره ها دراين است كه ماشينهاي قبلي همگي هنگام غلبه نيروي محرك برمقاوم يعني هنگام حركت نيروي محرك ونيروي مقاوم ماشين نيز حركت مي كند اما سطح شيبدار حركتي ندارد والبته بازوي محرك وبازوي مقاوم هم ندارد .

در سطح شيبدار چون نيروي محرك روبه جلو ونيروي مقاوم روبه بالا حركت مي كند پس سطح شيبدار تغييرجهت نيرو دارد وچون نيروي محرك كم درمسافت طولاني ونيروي مقاوم زياد در مسافتي كم جابجا مي شود پس افزايش نيرو دارد .

درسطح شيبدارطول سطح شيبدار همواره از ارتفاع آن بيشتر است پس هرچه طول نسبت به ارتفاع بزرگتر باشد افزايش نيرو بيشتر خواهد بود . ومزيت مكانيكي آن هم نيزبيشترخواهد بود.مثلا اگر نردباني را به ديواربچسبانيم بالارفتن از آن كار دشواري است اما اگر پايه آن را از ديوار دورتر كنيم راحت تر بالا مي رويم وچنانچه نردبان را بزرگتر وباز هم از ديوار دورتر كنيم بسيار راحت تر بالا خواهيم رفت .

 به وسیله سطح شیب دار می توانیم یک جسم سنگین را با وارد کردن نیرویی کوچک تر از وزن آن, به داخل کامیون منتقل می کنیم.

در این صورت به کمک یک نیروی کم اما در مسافتی طولانی, جسمی را به سمت بالا حرکت می دهیم.

اگر بخواهیم جسمی را در راستای قائم بلند کنیم باید نیرویی برابر وزن جسم (mg) به آن وارد کنیم ولی با استفاده از سطح شیب دار و با چشم پوشی از اصطکاک نیرویی کم تر از نیروی وزن (mgsinΘ) لازم است تا جسم را از سطح زمین بالا برد.

نکته: هر چه زاویه سطح شیب دار کوچک تر باشد نیروی کم تری برای بالابردن جسم لازم است در نتیجه طول سطح شیب دار نسبت به ارتفاع آن بیش تر خواهد شد.

نکته1: در سطح شیب دار, طول سطح (L) جابه جایی نیروی محرک (dE) و ارتفاع سطح (h) جابه جایی نیروی مقاوم (dR) خواهد بود. هرگاه نیروی محرک به اندازه طول سطح شیب دار (L) جابه جا شود, نیروی مقاوم به اندازه ارتفاع سطح شیب دار (h) جابه جا خواهد شد.

dE = L    ,     dR = h

 
نکته2: برای آنکه بخواهیم سینوس یک زاویه را به دست آوریم از راه زیر استفاده می کنیم.

 

مزیت مکانیکی کامل سطح شیب دار از رابطه زیر به دست می آید.

 

با توجه به رابطه ی h=Lsin Θ داریم:

 

توجه: چون در عمل همیشه مقداری نیروی اصطکاک وجود دارد. بنابر این برای بالابردن جسم بر روی سطح شیب دار نیرویی بیش تر از mgsin Θ لازم است و مقدار نیروی محرک واقعی از رابطه ی زیر به دست می آید.

واقعي E = mgSinΘ + f(نيروي اصطكاك)

 
گوه

اگر دو سطح شيبدار را به هم بچسبانيم وسيله اي به نام گوه ساخته مي شود . گوه نيز مانند سطح شيبدار عمل مي كند با اين تفاوت كه سطح شيبدار ثابت است ولي گوه حركت مي كند . مانند لبه تيز چاقو – تبر – تيغ اصلاح و .......
 

در گوه نيز افزايش نيرو و تغيير هت نيرو وجود دارد مثلا هنگامي كه مي خواهيم تنه يك درخت را قطع كنيم بادست نمي توانيم اما با تبر يا به عبارتي با گوه مي توانيم به راحتي انجام دهيم .

گوه های صنعتی:

در گوه ما نيرو را رو به پايين وارد مي كنيم اما گوه نيرو را به طرفين وارد مي كند مانند شكل زير :


در گوه هرچه ارتفاع گوه از ضخامت ته گوه بيشتر باشد افزايش نيرو بيشتر است به تصاوير زير توجه نماييد . در همه آنها ارتفاع گوه 10سانتي متر فرض شده است اما ضخامت آنها با هم فرق مي كند به نظر شما كداميك راحت تر مي تواند در يك چوب فرو رود ؟
 

يقينا گوه شماره 2 زيرا ضخامت آن از بقيه كمتر است ولي ارتفاع آن با بقيه برابر است پس اگر گوه شماره 1 را از طرفين بسائيم تابه شكل گوه شماره 2 درآيد تيزتر وبرنده تر مي شود . از همين روش در تيزكردن چاقوها ولبه هاي تيز تبر وغيره استفاده مي شود .

 

وقتی با پتک به گوه نیرو وارد می شود, گوه به جلو رانده می شود در نتیجه از طریق سطوح جانبی گوه, نیروی بزرگتری به هر طرف شکاف وارد می شود.

نکته1: طول گوه جابه جایی نیروی محرک و ضخامت گوه, جابه جایی نیروی مقاوم است.

نکته2: طول گوه را با L ضخامت گوه را با t نشان می دهند.

d_E = L ,  d_R = t

مزیت مکانیکی کامل گوه:

نکته: هر چه طول گوه نسبت به ضخامت گوه بیش تر باشد, یعنی گوه نازک تر باشد, مزیت مکانیکی کامل آن بیش تر است.

پيچ:

نوع ديگر ماشينهاي ساده پيچ است

پيچ يك نوع سطح شيبدار مارپيچ است . در سطح شيدار گفتيم هر چه طول نسبت به ارتفاع بيشتر باشد مزيت مكانيكي بيشتر است پس افزايش نيرو بيشتر مي شود يعني ما نيروي كمتري وارد مي كنيم .
 

حال تصور كنيد در ساختماني 5 طبقه بخواهند پلكان بسازند اما جاي كافي براي ساخت پلكان به صورت مستقيم وجود ندارد واگر بخواهند آنرا مستقيم بسازند شيب پلكان بسيار زياد شده وبالارفتن از آن سخت مي شود پس مجبوريم تا ابتداي پلكان را در فاصله دورتري از ساختمان قراردهيم مانند نردباني كه از ديوار دورتر مي گذاريم ولي اين كار نيز مقدور نمي باشد زيرا فضاي زيادي از خيابان گرفته مي شود .

به همين دليل پلكان را به صورت مارپيچ مي سازند يعني مسافتي بيشتر بكار مي بريم اما ارتفاع ساختمان تغييري نكرده يا جاده هاي كوهستاني با اين كه خود سطحي شيبدار است اما بازهم بخاطر آنكه ماشين نيروي كمتري وارد كندجاده را مارپيچ مي سازند دراين صورت افزايش نيرو بيشتر مي شود يا حتي پيچهاي دروپنجره نيز هرچه فاصله بين دنده ها ي پيچ نزديك تر باشد يعني طول سطح شيبدار بيشتر است پس راحت تر پيچيده مي شود .

به هر بر آمدگی پیچ یک دنده می گویند.

فاصله ی دو برآمدگی یا دو فرو رفتگی پیچ را پای پیچ می گویند.

پای پیچ با حرف P نمایش داده می شود.

هرگاه محیط پیچ یک دور کامل بچرخد پیچ به اندازه فاصله یک دنده تا دنده دیگر (پای پیچ) جابه جا می شود.

نکته: محیط پیچ جابه جایی نیروی محرک و پای پیچ, جابه جایی نیروی مقاوم است.

مزیت مکانیکی کامل پیچ از رابطه زیر به دست می آید.

نکته: از پیچ های استوانه ای برای اتصال قطعات فلزی و از پیچ های نوک تیز برای اتصال قطعات چوبی استفاده می شود.

از ترکیب پیچ و گوه, مته به وجود می آید.