الدرس الثاني: الآلات البسيطة

أنظر واتساءل

تستخدم آلات مختلفة في حياتنا اليومية. كيف يستخدم الأطفال هذه الآلة في اللعب؟

باستعمال وزن الجسم وقوة الدفع لأسفل.

أستكشف

أكون فرضية

أيهما يتطلب شغلاً أكثر، رفع السيارة اللعبة على سطح مائل إلى ارتفاع معين، أم رفعها عمودياً إلى الارتفاع نفسه؟ أكتب فرضية تبين أن الحالتين يتطلب أكثر.

أحتاج الى بذل شغل أقل لسحب السيارة إلى أعلى المستوى المائل.

استخلص النتائج

4. استعمل الأرقام. أحسب الشغل المطلوب لسحب السيارة على السطح المائل ورفعها بصورة عمودية، باستعمال العلاقة (الشغل = القوة × المسافة). هل كانت فرضيتي صحيحة؟

الشغل = القوة × المسافة

الشغل عمودياً = 1 نيوتن × 1، متر = 1 نيوتن، متر

الشغل مع السطح المائل = 5، نيوتن × 1 متر = 0.5، نيوتن متر

بذلك الفرضية صحيحة.

5. أستنتج. هل هناك قوى أخرى تؤثر في السيارة في أثناء حركتها على السطح المائل؟

قوة الاحتكاك بين السيارة والسطح المائل.

أستكشف أكثر

ما أثر تغيير ميل السطح الماثل في الشغل المبذول لتحريك السيارة؟ أكتب توقعاً وأصمم تجربة للتحقق من ذلك.

بزيادة زاوية ميل السطح المائل تقل القوة المطلوبة لتحريك السيارة ولكن يظل الشغل المبذول ثابت.

نشاط

4. أفسر البيانات. في كل حالة كان فيها طول ذراع المقاومة يساوي 25 سم، ما طول ذراع القوة اللازم ليبقى المتر الخشبي متزناً؟

العصا المعلقة من النوع الأول من الروافع حيث نقطة الارتكاز تقع بين القوة المبذولة والقوة الناتجة وتعتمد مقدار القوة على طول ذراع القوة المبذولة، حيث كلما زاد طول ذراع القوة قلت القوة اللازمة لموازنة المقاومة.

أقرأ الصورة

أي أنواع الروافع تغير اتجاه القوة إرشاد. أقارن بين اتجاه القوة المؤثرة والقوة المبذولة والقوة الناتجة.

النوع الأول من الروافع يغير من اتجاه الحركة.

أقرأ الصورة

هل دفع الصندوق بهذه الطريقة أسهل؟ إرشاد. أنظر إلى النسبة بين ذراع القوة وذراع المقاومة.

الشغل المنجز في الحالتين متساوي تكون القوة قليلة في حالة السطح المائل لذلك يكون دفع الصندوق على السطح المائل أسهل من رفعه.

أصنف. لماذا يعد المفك من الآلات البسيطة؟

لأنه يستخدم عند فتح علبة الدهان كرافعة وعند استخدامه في تثبيت برغي فإنه يعمل بوصفه عجلة ومحور.

التفكير الناقد. كيف تؤدي الآلة البسيطة إلى مضاعفة القوة المبذولة؟

فيمكن أن تحرك الآلة البسيطة جسم ثقيل باستخدام قوة صغيرة وذلك بتقليل ذراع المقاومة وزيادة طول ذراع الجهد.

أصنف. في أي نوع من الروافع تصنف العتلة؟

العتلة من النوع الأول من الروافع لأن نقطة الارتكاز تقع بين القوة والمقاومة.

التفكير الناقد. إذا كان ذراع القوة في الرافعة يساوي نصف طول ذراع المقاومة. فما النسبة بين المقاومة إلى الذراع؟

سرعة الذراع القوة تساوي نصف سرعة ذراع المقاومة.

أصنف. هل مفصلة الباب بكرة أم عجلة ومحور؟

مفصلة الباب عجلة ومحور فالجزء الذي يدور يمثل العجلة والجزء المتصل به والملتصق بالباب يمثل المحور.

التفكير الناقد. كيف تضاعف البكرة المسافة ولا تضاعف القوة المبذولة؟

عند ربط الثقل بخطاف البكرة المتحركة ثم بذل قوة لسحب الحبل فتتحرك البكرة والثقل مقدار نصف متر لكل طولي من الحبل على البكرة الثابتة.

أصنف. هل تعد المراوح (الشفرات) التي تستعمل لدفع القارب مستوى مائلاً؟ أوضح ذلك.

نعم، تعمل المراوح كمستوى مائل فهي تعمل عمل البرغي فتعمل على دفع الماء بعيداً عن القارب بدلاً من اندفاعها داخل الجسم.

التفكير الناقد. كيف يعمل البرغي إذا لم يوجد احتكاك؟

لا يستطيع البرغي تثبيت نفسه في الجسم دون احتكاك ويمكن انتزاعه باستخدام قوة بسيطة وكذلك يمكن تثبيته بقوة بسيطة.

أصنف. هل يمكن اعتبار المقص آلة مركبة؟ ولماذا؟

نعم يمكن اعتبار المقص آلة مركبة لأنه يتكون من آلتين بسيطتين وهما الرافعة والإسفين.

التفكير الناقد. كيف يساعد ثقل الموازنة على توفير فائدة آلية للمصعد؟

لأنه يزيد في مقدار القوة المؤثرة.

أفكر وأتحدث وأكتب.

1. المفردات. يطلق على النقطة المحورية في الرافعة اسم نقطة ارتكاز.

2. أصنف. أذكر ثلاثة من أجزاء السيارة على الأقل، وأبين أي نوع من الآلات البسيطة هي.

• العجلة والمحور: إطارات السيارة.
• النوع الثالث من الروافع: ماسحات الزجاج للسيارة - الأبواب.

3. التفكير الناقد. ماذا تستفيد الحيوانات من فكوكها التي تعمل عمل الرافعة؟

تعمل فكوك الحيوانات كروافع توفر قوة أكبر فبعض القوارض تقضم الخشب القاسي بسبب فكوكها القوية.

4. أختار الإجابة الصحيحة. تنتمي الرافعة التي لها نقطة ارتكاز بين القوة المبذولة والقوة الناتجة إلى:

أ- النوع الأول من الروافع.

ب- النوع الثاني من الروافع.

ج- النوع الثالث من الروافع.

د- الآلة المركبة.

5. أختار الإجابة الصحيحة. ما السطح المائل الذي يلتف حول الأسطوانة.

أ- الوتد.

ب- البرغي.

ج- العجلة والمحور.

د- البكرة.

6. السؤال الأساسي. كيف تجعل الآلات حياتنا أسهل؟

الآلات البسيطة تُستخدم لتغيير مقدار القوة اللازمة واتجاهها أو مسافتها لإنجاز الشغل.

العلوم والرياضيات

الفائدة الآلية

إذا كان طول ذراع القوة 3 أمثال طول ذراع المقاومة، فما الفائدة الآلية؟

الفائدة الألية = هي النسبة بين طول الذراعين = 3

أي أن ذراع القوة أكبر من ذراع المقاومة فتكون القوة المؤثرة الجسم أكبر.

العلوم والكتابة

الكتابة القصصية

أكتب فقرة أبين فيها كيف تبدو الحياة إذا اختفت منها الآلات البسيطة؟

عند اختفاء الآلات البسيطة يصعب حياة الإنسان لأن الآلات البسيطة مهمة في توفير المجهود، فنستخدم السطح المائل في تحريك الأشياء، نستخدم العجلة في الحركة، نستخدم الروافع والبكرات وغيرها لتسهيل الأعمال اليومية.