اهرم: سازوکار مکانیکی برای افزایش یا تغییر جهت نیرو حول تکیهگاه
اجزای اصلی اهرم و انواع آن
هر اهرمی از سه بخش اصلی تشکیل شده است: تکیهگاه (محلی که میله روی آن میچرخد)، نیروی محرک (نیرویی که شما وارد میکنید) و نیروی مقاوم (نیرویی که میخواهید بر آن غلبه کنید). بر اساس جایگاه تکیهگاه نسبت به دو نیرو، اهرمها به سه نوع تقسیم میشوند. در اهرم نوع یک، تکیهگاه بین نیروی محرک و مقاوم قرار دارد، مانند الاکلنگ یا قیچی. در اهرم نوع دو، نیروی مقاوم بین تکیهگاه و نیروی محرک است؛ مانند فندقشکن یا درب بطری. در اهرم نوع سه، نیروی محرک بین تکیهگاه و نیروی مقاوم جای میگیرد، مانند موچین یا جاروبرقی دستی. درک این سه نوع به شما کمک میکند تا ابزارهای اطراف خود را بهتر بشناسید و از آنها بهدرستی استفاده کنید.
کاربردهای روزمرهٔ اهرم در زندگی دانشآموزی
شاید باور نکنید، اما شما هر روز از چندین اهرم مختلف استفاده میکنید! وقتی با قیچی کاغذ میبرید، از یک اهرم نوع یک استفاده کردهاید. وقتی درب یک نوشیدنی گازدار را با درببازکن باز میکنید، در واقع از اهرم نوع دو بهره میبرید. حتی وقتی با موچین، یک تکه نان را از توستر برمیدارید، در حال استفاده از اهرم نوع سه هستید. یکی از جالبترین مثالها برای دانشآموزان، الاکلنگ در پارک است. اگر دو نفر با وزنهای متفاوت روی الاکلنگ بنشینند، با جابهجا کردن جای خود نسبت به تکیهگاه، میتوانند الاکلنگ را به تعادل برسانند. این دقیقاً همان قانون اهرم است: نیروی محرک ضربدر بازوی آن، برابر است با نیروی مقاوم ضربدر بازوی آن. به عبارت سادهتر، هرچه فاصلهٔ شما از تکیهگاه بیشتر باشد، نیروی کمتری برای بلند کردن طرف مقابل نیاز دارید.
| نوع اهرم | ترتیب قرارگیری | مثال روزمره |
|---|---|---|
| نوع یک | تکیهگاه در بین دو نیرو | قیچی، الاکلنگ، انبردست |
| نوع دو | نیروی مقاوم بین تکیهگاه و نیروی محرک | فندقشکن، درببازکن، چرخدستی |
| نوع سه | نیروی محرک بین تکیهگاه و نیروی مقاوم | موچین، انبرک، جارو |
سه پرسش چالشی دربارهٔ اهرم
پاسخ چون در اهرم نوع دو، بازوی نیروی محرک همیشه از بازوی نیروی مقاوم بلندتر است. طبق قانون اهرم، هرچه بازوی محرک بلندتر باشد، نیروی مورد نیاز برای غلبه بر نیروی مقاوم کمتر میشود. به همین دلیل است که با یک فندقشکن بهراحتی میتوانید یک گردوی سخت را بشکنید.
پاسخ معمولاً اهرمها یا نیرو را افزایش میدهند یا سرعت و دامنهٔ حرکت را. در اهرم نوع سه، با اینکه نیروی کمتری نداریم، اما سرعت و دقت حرکت زیاد میشود. مثلاً وقتی با موچین یک شیء ریز را برمیدارید، حرکت کوچک دست شما در انتهای موچین به حرکت بزرگتری تبدیل میشود که دقت کار را بالا میبرد.
پاسخ در این حالت، بازوی نیروی محرک و مقاوم برابر میشوند. بنابراین برای بلند کردن یک جسم، باید نیرویی برابر با وزن آن وارد کنید. چنین اهرمی نه نیرو را افزایش میدهد و نه سرعت را، اما میتواند جهت نیرو را تغییر دهد. مثالش یک الاکلنگ متعادل است که دو نفر با وزن مساوی روی دو سر آن نشستهاند.
