الرافعة، الذراع
Lever


أصناف الرَّوافع

روافع الدرجة الأولى

روافع الدرجة الثانية

روافع الدرجة الثالثة

الروافع المركَّبة

قانون التوازن



--------------------------------------------------------------------------------

الرافعة، الذراع. الذراع الرافعة إحدى الآلات البسيطة الست التي تساعد على رفع بعض الحمولات الثقيلة بجهد أقل. تتألَّف الرافعة من عصا أو قضيب يستند إلى دعامة يدور عليها تُدعى نقطة الارتكاز. وتطبق على أحد طرفي القضيب قوَّة جهد من أجل رفع حمولة موضوعة في الطرف الآخر من القضيب. وتُدعى المسافة بين نقطة الارتكاز والحمولة ذراع الحمولة، بينما تدعى المسافة بين نقطة الارتكاز ونقطة وضع قوة الجهد ذراع الجهد. ويمكن للرّافعة أن تساعد في رفع ثقل بجهد أقل. تستعمل الرافعة في قَلْع شيء غير مربوط بإحكام، كما أن بعض الآلات مثل المنجنيق يُسْتعمل رافعة لقذف الأشياء بسرعة عالية.


أصناف الرَّوافع

أصناف الأذرع الرافعة


روافع الدرجة الأولى. تكون فيها نقطة الارتكاز بين الحمولة والجهد، كما في الأرجوحة والعتلة والقبّان. فإذا كان ذراعا الرافعة متساويين في الطول، فإن الجهد يجب أن يساوي الحمولة، وعندها يجب أن نستعمل جهد 10كجم من أجل رفع 10كجم. أما إذا كان ذراع الجهد أطول من ذراع الحمولة كما في العَتَلة، فإن الجهد يبتعد ويصبح أقل من الحمولة. ويُعدَّ المقص رافعة مزدوجة من الدرجة الأولى.


روافع الدرجة الثانية. تكون الحمولة فيها بين موقع الجهد ونقطة الارتكاز. فعربة اليد رافعة من الدرجة الثانية يكون فيها محور الدولاب نقطة الارتكاز. أما المقبضان فهما ناقلان للجهد، وتكون الحمولة موضوعة بينهما. وهنا ينتقل الجهد بعيدًا، ويكون أقل من الحمولة. وتُعَدُّ كسَّارة الجوز رافعة مزدوجة من هذه الدرجة.


روافع الدرجة الثالثة. يكون فيها الجهد موضوعًا بين الحمولة ونقطة الارتكاز. وهنا ينتقل الجهد دائمًا مسافة أكبر، ويجب أن يكون أكبر من الحمولة. فذراع اليد رافعة من الدرجة الثالثة. واليد التي تمسك الثِّقَل تُرْفَع بوساطة العضلة ذات الرأسين في الساعد والتي ترتبط بالذراع قرب الكوع. هناك تكون نقطة الارتكاز هي مفصل الكوع.


الروافع المركَّبة. وهي تجمع نوعين أو أكثر من الروافع من أجل أن تُنْقص من الجهد بصورة اعتيادية. ويستطيع شخص بوساطة تطبيق مبدأ الرافعة المركَّبة أن يستعمل وزن إحدى اليدين لموازنة حمولة تزن طنًا.


قانون التوازن
تكون رافعة ما في توازن عندما يوازن الجهد والحمولة كل منهما الآخر. وقانون التوازن هو:

الجهد × طول ذراع الجهد = الحمولة × طول ذراع الحمولة.

لتكن (ح) الحمولة، (ج) الجهد، (جـ) ذراع الجهد، (حـ) ذراع الحمولة. يمكن أن نبيِّن قانون التوازن في صيغة رياضية: ح بالنسبة إلى جـ تساوي ج بالنسبة إلى حـ أو: ج × جـ = ح × حـ.

ولكي نرى كيف تعمل المعادلة، نتصوَّر طفلين جالسين على أُرجوحة؛ أحد الطفلين يزن 40 كجم، ويجلس على بعد 1,5م من نقطة الارتكاز. أين يجب أن يجلس الطفل الآخر لكي يوازن الأرجوحة إذا كان وزنه 30كم؟. لنجعل الطفل الأول معادلاً للحمولة ح والطفل الثاني للجهد ج.

30كجم × جـ = 40 كجم × 1,5م

إذن جـ =60 كجم - متر/ 30كجم

إذن جـ = 2 متر

هناك مثال آخر لرافعة من الدرجة الأولى، وهو مثال شخص يرفع حجرًا وزنه 300 كجم بوساطة عَتَلة طولها 3م. يكون الحجر على بعد متر واحد من نقطة الارتكاز، ويضغط الشخص عندئذ إلى أسفل على العتلة من على بعد 2م من نقطة الارتكاز. وهكذا تكون ج × 2م = 300كجم × 1متر. أي أن ج = 150كجم، وهي القوة المطلوبة لموازنة الحجر.

ينطبق قانون التوازن هذا على جميع أصناف الروافع. القوة مضروبة في ذراع الرافعة تُدعى عزم القوة أو عزم التدوير. انظر : العزم. ويمكن أن نوضِّح قانون الروافع ببساطة بالقول: إن عزم القوة الرافعة يجب أن يساوي عزم القوة بالنسبة إلى الحمولة.

وتوضح الميزة الميكانيكية للرافعة كَم كيلو جرامًا من الحمولة يمكن تحريكه بوساطة كل كيلو جرام من الجهد. وهذا يمكن حسابه بتقسيم الحمولة على الجهد، أو طول ذراع الجهد على طول ذراع الحمولة. ففي مثال العتلة ـ المذكور آنفًا ـ تكون الميزة الميكانيكية 2 أي 300 كجم مقسومة على 150 كجم أو 2م مقسومة على 1م = 2