اهرم

اهرم و دیلم و فندق شکن. اهرم‌های هستند که هر روز مورد نیاز آدمی می‌باشند.
اگر فشار ۲۵ کیلوگرمی روی دیلم، صخره‌ای ۲۵۰ کیلوگرمی را بلند می‌کند، دسته دیلم را ده برار فاصله‌ای که …

اهرم و دیلم و فندق شکن. اهرم‌های هستند که هر روز مورد نیاز آدمی می‌باشند.

اگر فشار ۲۵ کیلوگرمی روی دیلم، صخره‌ای ۲۵۰ کیلوگرمی را بلند می‌کند، دسته دیلم را ده برار فاصله‌ای که صخره حرکت کرده حرکت می‌دهد. سرعت نیز به نسبت ده به یک صرف نیرو می‌شود.

با استفاده از اصل پیچ می‌توان اشیائی را بلند کرد که بلند کردن آن‌ها فوق نیروی عضلات آدمی است. جک معمولی اتومبیل آلتی است که براساس پیچ کار می‌کند. همینکه رزوه پیچ به‌وسیله دسته جک گردانده می‌شود.

اهرم اهرم، به‌صورت یک چماق، احتمالاً قدیمیترین ماشین بشری است و ساختار آن چیزی نیست جز یک میله یا جسم دیگری شبیه به آن یک نقطه‌اش ثابت است – نقطه اتکا نقطه دیگرش با قدرت یا نیروئی که بر آن وارد می‌آید در تماس است (نیروی کارگر)، و نقطه سوم آن مرتبط با نیروئی است که باید خنثی شود یا به حرکت درآید. برای درک طرز کار اهرم باید با گشتاور نیرو در حول یک نقطه آشنائی داشته باشیم. میزان کارائی یک نیروی معین برای ایجاد چرخش را گشتاور نیرو، یا گشتاور پیچشی می‌نامند که مساوی با حاصلضرب نیرو در فاصله قائم از خط عمل تا نقطه‌ای که اهرم در حول آن می‌چرخد.

در اهرم‌هائی که نقطه اتکا بین کارگر و نیروی مقاومت بار قرار دارد این‌ها را اهرم‌های نوع اول می‌نامند، و شامل چیزهائی می‌شوند مثل قیچی، پاروی قایقرانی، قپان در اهرم‌های نوع دوم بار بین نقطه ا تکا و نیروی کارگر قرار می‌گیرد.

مزیت مکانیکی آن‌ها همواره بزرگتر از یک است و بنابراین همانند اهرم‌های نوع اول نیروی کارگر را تقویت می‌کنند. با این حال، تفاوتشان با اهرم‌های نوع اول در این است که نیروی بار و نیروی کارگر هر دو در یک جهت حرک می‌کنند.

در اهرم‌های نوع سوم:

نیروی کارگر بین بار و نقطه اتکا قرار گرفته است. مزیت مکانیکی این نوع اهرم‌ها کمتر از یک است، ولی ضریب انتقال آن‌ها از یک بیشتر است، به نحوی که همواره فاصله و سرعت را به زیان نیرو اهمیت می‌بخشند از این گونه اهرم‌ها برای حرکت دادن سریع اشیائی با جرم کم استفاده می‌کنند. اهرم‌های نوع سوم در بدن خود ما نیز فراوانند.

در اینجا بد نیست یادآور شویم که ماشین‌ها را معمولاً برای سازگار ساختن آدمیان با وظایفشان به‌کار می‌گیرند. آدمیزاد قادر است انرژی لازم برای بسیاری از کارها را تولید کند، ولی این انرژی در بیشتر موارد به شکل مناسب نیست. برای مثال، تصورش رابکنید که برای بالا رفتن از یک پلکان معین به چه مقدار انرژی نیاز دارید. به یاد داریم که کار عبارت است از حاصلضرب نیرو در فاصله.در مورد این مثال اخیر، نیرو عبارت است از وزن بدن شما و فاصله هم ارتفاع پلکان. بدین ترتیب، چنانکه شما ۶۰۰ نیوتن وزن داشته باشید و به اندازه ۲ متر بالا بروید، عملاً معادل ۶۰۰*۲= ۱۲۰۰۰ ژول انرژی مصرف کرده‌اید. حال این را مقایسه کنید با انرژی لازم برای بلند کردن یک گوشه اتومبیلتان به قصد تعویض لاستیک! اتومبیل‌های متوسط در حدود ۱۰ کیلو نیوتن وزن دارند. پس اگر گوشه‌ای از اتومبیلتان را به اندازه ۵/۰ متر از سطح زمین بلند کنید. گرانیگاه را به اندازه ۱۲۵/۰ متر بالا برده‌اید و انرژی لازم برای این کار مساوی است با ۱۰۰۰۰*۱۲۵/۰=۱۲۵۰ ژول، بسیار خوب، ظاهر قضیه این است که اگر شما می‌توانید پلکان یادشده را براحتی بالا بروید. باید قادر باشید که گوشه اتومبیلتان را هم بدون کمک گرفتن از دیگران بلند کنید! اما متأسفانه به تجربه می‌دانیم که چنین کاری از دستمان برنمی‌آید. علت هم این است که انرژی تولید شده به‌وسیله بدن ما و انرژی مورد نیاز برای بالا بردن اتومبیل همسان نیستند. (به یاد داشته باشید که انرژی یا کار مساوی است با حاصلضرب نیرو در فاصله) انرژی لازم برای بلند کردن اتومبیل عبارت است از حاصلضرب نیروئی زیاد و فاصله‌ای کم. انرژی تولیدشده به‌وسیله بدن آدمی عبارت است از حاصلضرب نیروئی کم و فاصله‌ای زیاد پس، با آنکه کمیت این دو انرژی یکسان است، در عمل به ماشینی نیازمندیم که نیروی انسان را با کاری که می‌خواهد انجام دهد سازگار کند. می‌دانیم که در این مثال خاص، ماشین ماشینی نیازمندیم که نیروی انسان را با کاری که می‌خواهد انجام دهد سازگار کند. می‌دانیم که در این مثال خاص، ماشین مذکور همان جک معمولی است که اغلب بدون توجه به این مسائل از آن استفاده می‌کنیم کارائی یا بازده ماشین نیز موضوعی پراهمیت است و درواقع، بدین معناست که ماشین مورد نظر، مقدار کالری را که در ورودی خود تحویل می‌گیرد به چه نسبتی به خروجی خود یا بار منتقل می‌کند. کارائی ماشین‌ها را معمولاً با فرمول زیر تعریف می‌کنند:

کار وارد شده به ماشین / کار مفید در خروجی ماشین =کارائی

هر قدر ماشینی بهتر باشد کارائی آن هم بیشتر خواهد بود، و در حالت آرمانی، یعنی در نبود هرگونه اصطکاک و ضایعات، کارائی ماشین صد در صد است اصطکاک نیروی آماده به‌کار در خروجی ماشین را کاهش می‌دهد و بنابراین، مزیت مکانیکی دستگاه را کم می‌کند.