الفائدة الآلية هي عدد المرات التي تتضاعف بها القوة

نعم الفائدة الآلية هي عدد المرات التي تتضاعف بها القوة، والفائدة الألية Mechanical Advantage للأجهزة أو المعروفة أيضاً باسم الفائدة الميكانيكية، مثل الرافعات والبكرات، هي عدد المرات التي تزداد أو تتضاعف فيها مقادر القوة المدخلة أو القوة المبذولة إلى الجهاز، وبالتالي تحسب الفائدة الآلية في علم الفيزياء للصفوف الإعدادية والثانوية بالمعادلة التالية:

الفائدة الآلية= القوة الناتجة ÷ القوة المبذولة.

أو بالإنجليزية لدارسي المناهج باللغات غير العربية، فإن معادلة حساب الفائدة الآلية للأجهزة مثل الروافع هي:

معادلة حساب الفائدة الآلية بالانجليزية

MA هي قيمة الفائدة الآلية واختصار ل Mechanical Advantage.

F_B قوة الجسم أو الجهاز نفسه.

F_A الجهد المبذول للتغلب على قوى الجهاز أو الشيء نفسه.

مثال على الفائدة الآلية هي عدد المرات التي تتضاعف بها القوة

نوضح تالياً مثال على كيفية حساب الفائدة الآلية MA، التي عبارة عن عدد المرات التي تتضاعف بها القوة:

احسب الفائدة الميكانيكية في حالة الحاجة إلى قوة بمقدار 400 نيوتن، للتغلب على حمل مقداره 900 نيوتن.

حساب الفائدة الآلية يكون من خلال المعادلة التالية:

الفائدة الآلية= القوة الناتجة ÷ القوة المبذولة.

أو MA = F_B / F_A، وبالتالي 900 ÷ 400= 2.25 MA.

الجدير ذكره أنه نظراً لوجود قوى الاحتكاك بشكل دائم فإن الفائدة الآلية الفعلية للجهاز، دائماً أقل من الفائدة الآلية أو الميكانيكية المثالية.

ما هي وحدة قياس الفائدة الميكانيكية

النيوتن N.

القوى الناتجة والقوى المبذولة في معادلة حساب الفائدة الآلية، هم عبارة عن وحدات لقياس القوة والتي تقاس بوحدة نيوتن N في علم الفيزياء، كلاهما يعبران عن نفس الوحدات، نستطيع القول إن الفائدة الآلية هي عبارة عن معاملات بلا أبعاد.

دائماً تحسب مقدار كفاءة الفائدة الآلية من خلال حساب النسبة بين معدلات المدخلات والمخرجات، بمعنى أخر كفاءة الأجهزة مثل الرافعات والبكرات تقاس بحساب النسبة الفائدة الآلية الفعلية، وبين الفائدة الآلية المثالية أو النظرية، أي من خلال على سبيل المثال رافعة صغيرة يمكن حمل وزن كبير.

أمثلة على حساب الفائدة الآلية

المثال الأول:

احسب مقدار الفائدة الآلية الميكانيكية إذا كنا نحتاج إلى قوى مبذولة بقيمة 400 نيوتن، لرفع حمل قدره 800 نيوتن.

الإجابة:

في البداية نقوم بتحديد المعطيات الخاصة بالمثال وهي:

القوى المطلوبة لرفع الحمل= 400 نيوتن.

قيمة القوى المطبقة= 900 نيوتن.

تطبيقاً على معادلة حساب القوة الميكانيكية وهي القوة الناتجة ÷ القوة المبذولة إذاً 900 ÷ 400 = 2 MA

إذاً الفائدة الآلية في حال كانت الطاقة المطلوبة 400 نيوتن لرفع حمل بقيمة 800 نيوتن هي 2.

المثال الثاني:

إذا كانت الفائدة الآلية لإحدى الأجهزة هي 5 MA، إذاَ احسب القوى المطلوبة لرفع حمل بقيمة 900 نيوتن.

الإجابة:

إذاً نضع أمامنا معادلة حساب الفائدة الآلية هي:

الفائدة الآلية= القوة الناتجة ÷ القوة المبذولة

الآن نقوم بتعويض القيم المتاحة لنا في المثال، فتصبح 5= 900 ÷ القوى المبذولة، وبالتالي نقوم بقسمة الفائدة الآلية على مقدار القوة المبذولة، 900/5= 180 نيوتن.

وبالتالي القوى المبذولة لرفع حمل بقيمة 900 نيوتن هي 180 نيوتن.

الفائدة الآلية والآلات البسيطة

إليك عزيزي الطالب جميع المصطلحات الخاصة بالفائدة الآلية أو الميكانيكية وهي عبارة عن عدد المرات التي تتضاعف بها القوة، والخاصة بالآلات البسيطة مثل الرافعات بأنواعها التي يطلق على النقطة المحورية فيها اسم نقطة الارتكاز:

القيمة الآلية الفعلية AMA: هي التي تتساوى فيها نسبة قوى المدخلة مع نسبة القوى المخرجة.
القيم الآلية المثالية IMA: هي الموجودة في غياب قوى الاحتكاك.
الكفاءة Efficiency: هي التي تقاس بالنسبة المئوية، لحساب القوى المدخلة والتي تتحول إلى مخرجات أو قوى ناتجة، ووجود الاحتكاك يجعل كفاءة الآلات دائماً أقل من 100%.

أما عن الآلات البسيطة التي تمتلك فائدة ميكانيكية أو آلية:

الرافعات: وهي عبارة عن شريط يستند على نقطة ارتكاز ثابتة Fulcrum، التي تقع بين القوى الناتجة والقوى المبذولة، وهما القيم التي نحصل من خلال قسمتهم، على مقدار الفائدة الميكانيكية أو الآلية.

تنقسم الرافعات إلى عدة أنواع وهي:

رافعات الدرجة الأولى: التي تقع نقطة الارتكاز فيها بين القوى الداخلة والقوى الخارجة، من الأمثلة عليها مفك البراغي الذي فائدته الآلية تزيد عن 1.
رافعات الدرجة الثانية: تقع فيها القوة الناتجة بين نقطة الارتكاز والقوى الداخلة، وبالتالي المسافة الخاصة بالمدخلات أكثر من المسافة الخاصة بمخرجات القوة، وقيمة الفائدة الآلية لرافعات الدرجة الثانية أكبر من 1، مثل عربات اليد.
رافعات الدرجة الثالثة: هي التي تقع فيها المدخلات أو القوة الداخلة بين نقطة الارتكاز والقوة الخارجة، مسافة القوى الخارجة أكبر من الداخلة، وبالتالي الفائدة الآلية أقل من 1 في رافعات الدرجة الثالثة مثل الموجودة في المكانس.