سطح شیب‌دار

منظور سطح شیب‌دار یا سطح گوه مانند است. فرض کنید که می‌خواهید غلتک باغبانی را به بالای تپه‌ای ببرید. اینکه بخواهید غلتکرا از یک راه کوتاهتر و سربالاتر به مقصد برسانید یا از …

منظور سطح شیب‌دار یا سطح گوه مانند است. فرض کنید که می‌خواهید غلتک باغبانی را به بالای تپه‌ای ببرید. اینکه بخواهید غلتکرا از یک راه کوتاهتر و سربالاتر به مقصد برسانید یا از یک راه طولانی‌تر ولی با شیب ملایم، نتیجهٔ امر فرقی نمی‌کند، چون هر راهی را که انتخاب کنید، مقدار کاری که باید انجام دهید یکسان خواهد بود (البته با چشمپوشی از اصطکاک). غلتک شما با وزنی که دارد در هر حال باید به ارتفاع معینی بالا برده شود و، بنابراین مقدار کار لازم برای این منظور عبارت خواهد بود و از حاصل‌ضرب وزن در ارتفاع. سطح شیبدار در این مورد، همچون ماشین‌ یاری دهنده‌ای، به کمک ما خواهد آمد و این امکان را فراهم خواهد ساخت که بازده کار خود را با کار مورد نیاز برای حمل بار سازگار کنیم.

ما به تجربه می‌دانیم که بالا رفتن از شیب ملایم آسانتر از بالا رفتن از سربالایی تند است. علت چیست؟ این امر را می‌توانیم از طریق مقایسهٔ انرژی لازم برای دو روش یاد شده توضیح دهیم. اگر غلتک ۵۰۰ نیوتن وزن داشته باشد و بخواهیم آن را به‌طور عمودی به ارتفاع ۱۰ متر بالا بریم، کار مورد نیاز عبارت خواهد بود از ۵۰۰٭۱۰=۵۰۰۰ ژول. حال اگر به‌جای این کار بار را روی سطح شیبداری به طول ۲۰ متر به سوی بالا فشار دهیم، از آنج اکه کار عبارت است از حاصلضرب نیرو در فاصله، شما فقط به نیروی برابر با ۵۰۰۰ بر ۲۰ = ۲۵۰ نیوتن نیاز خواهید داشت. پس مزیت مکانیکی این ماشین عبارت خواهد بود از ۲ = ۵۰۰ بر ۲۵۰ و ضریب انتقال آن، یعنی نسبت جابه‌جایی بار به جابه‌جایی نیروی کار، نیز ۵/۰ = ۱۰ بر ۲۰ خواهد بود. و به‌طور کلی (بدون در نظر گرفتن اصطکاک) مزیت، مکانیکی سطح شیبدار مساوی است با نسبت طول شیب به ارتفاع (کوسکانت یا ظل تمام زاویهٔ شیب). پس هرچه شیب ملایمتر باشد، مزیت مکانیکی هم بیشتر خواهد بود.

این مطلب را می‌توان با در نظر گرفتن نیروهای مختلفی که بر غلتک تأثیر می‌۷۸۲;ذارند توضیح داد.

سطح شیبدار را ماشین منفعل Passive machine می‌نامند، چون حرکت نمی‌کند ولی برادرش، گوه، فعالتر است و همراه با بسیاری از وسایلی که برای بریدن و سوراخ کردن به کار می‌رود دیده می‌شود: تبر، اسکنه، قلم، میخ، و جز اینها. طرز کار آن اساساً بسیار شبیه به سطح شیب‌دار است. رویهٔ شیبدار آن نیرویی کم و با جابه‌جایی زیاد را از یک سر گوه به صورت نیرویی زیاد و با جابه‌جایی کم به سر دیگر گود که با قطعهٔ کار در تماس است منتقل می‌کند. در شرایط آرمانی، گوه نیروی وارده را به اندازه نصف کوسکانت نیم زاویه گوه تقویت می‌کند.