با اهرم ها بیشتر آشنا شوید!
اهرم چیست؟
اهرم یک وسیله ساده است که از یک میله و یک تکیه‌گاه درست شده است. این وسیله یکی از شش نوع ماشین ساده به شمار می‌رود. وقتی شما به یک نقطه از اهرم نیرو وارد می‌کنید، این نیرو باعث می‌شود نیروی دیگری به یک جسم در نقطه دیگری از اهرم وارد شود. برای مثال، این جسم می‌تواند یک سنگ سنگین باشد که می‌خواهید آن را از زمین بلند کنید. نیرویی که شما برای بلند کردن یا جابجا کردن سنگ به دسته اهرم وارد می‌کنید، نیروی محرک نام دارد.
کاربرد اهرم
اگر به اطراف خانه یا محل کار خود نگاه کنید، انواع مختلفی از ابزارهای ساده را خواهید دید. کلید برق، دستگیرهٔ در، صفحهٔ تلفن، چاقو، پیچ‌گشتی و حتی دکمه‌های صفحه‌کلید رایانه، همگی وسایلی هستند که کاری که روی آن‌ها انجام می‌دهید را به کاری مفید و ساده تبدیل می‌کنند. هر فردی در زندگی روزمره، بدون آن که حتی متوجه باشد، از این ابزارهای ساده استفاده می‌کند.
نمونه‌های ساده‌ای از اهرم‌ها شامل انبردست، الاکلنگ، فرغون و میخ‌کش هستند. به عنوان مثال، میخ‌کش یک نوع اهرم درجه یک محسوب می‌شود که در آن تکیه‌گاه بین جسم (نیروی مقاوم) و نیروی واردشده (نیروی محرک) قرار دارد.
فندق‌شکن، شکستن فندق را آسان می‌کند.
پنس، برداشتن قطعات ریز را ساده می‌کند.
چیزی که با چاقو به سختی بریده می‌شود، با قیچی به راحتی بریده می‌شود.
آچار فرانسه، سفت کردن مهره را بسیار آسان می‌کند.
سیم‌چین هم به سادگی سیم را می‌برد یا عایق آن را جدا می‌کند.
انواع اهرم
اهرم‌ها بر اساس جایگاه تکیه‌گاه، نیروی مقاوم و نیروی محرک به گروه‌های مختلفی تقسیم می‌شوند.
– اهرم نوع اول:
در این نوع، تکیه‌گاه بین نیروی مقاوم و نیروی محرک قرار دارد. نمونه‌هایی از این اهرم شامل انبردست، آچار فرانسه و قیچی است.
– اهرم نوع دوم:
در اهرم نوع دوم، نیروی مقاوم در میان تکیه‌گاه و نیروی محرک واقع شده است. یک مثال ساده برای این نوع، فندق‌شکن است.
– اهرم نوع سوم:
در این گروه، نیروی محرک بین تکیه‌گاه و نیروی مقاوم قرار می‌گیرد. از نمونه‌های آن می‌توان به قندگیر، انبرک و پنس اشاره کرد.
سه قسمت اصلی اهرم
۱- **تکیه‌گاه**: این قسمت معمولاً بین دو بخش دیگر قرار می‌گیرد. در ابزارهای گوناگون، جای دقیق تکیه‌گاه ممکن است فرق کند.
۲- **نیروی واردشونده**: قسمتی است که ما روی آن نیرو اعمال می‌کنیم.
۳- **نیروی اثرگذار**: قسمتی است که اهرم، نیرو را به جسم منتقل می‌کند.
به صورت کلی، اگر در یک اهرم، بازوی محرک (نیروی واردشونده) بلندتر از بازوی مقاوم باشد، آن اهرم باعث افزایش نیرو می‌شود. به عبارت دیگر، این نوع اهرم در مصرف نیرو صرفه‌جویی می‌کند. نمونه‌ی آن، اهرم‌های نوع دوم هستند.
اما اگر در یک اهرم، بازوی مقاوم بلندتر از بازوی محرک باشد، آن اهرم مسافت و سرعت اثر نیرو را بیشتر می‌کند و در نتیجه در زمان نیز صرفه‌جویی می‌شود. اهرم‌های نوع سوم از این گروه هستند.
در اهرم‌ها یک قانون مهم وجود دارد: برای این که اهرم در حالت تعادل قرار بگیرد، باید این رابطه همیشه برقرار باشد:
**مقدار نیرو × طول بازوی محرک = مقدار جسم × طول بازوی مقاوم**
با استفاده از این قانون، اگر سه مقدار از این چهار مورد را داشته باشیم، می‌توانیم مقدار چهارمی را که مجهول است، محاسبه کنیم.
مزیت مکانیکی اهرم ها
ماشین‌های ساده برای این ساخته شده‌اند که با وارد کردن یک نیروی کوچک، بتوانیم نیروی بزرگتری به دست بیاوریم. یعنی این ماشین‌ها نیروی اولیه ما را تقویت می‌کنند. به مقدار این افزایش نیرو یا نسبت نیروی مقاوم به نیروی محرک، «مزیت مکانیکی» می‌گویند.
در یک قرقره ساده، مزیت مکانیکی برابر است با تعداد طناب‌هایی که مستقیماً جسم آویزان را نگه داشته‌اند. برای محاسبه مزیت مکانیکی یک اهرم، باید گشتاور نیروهای وارد بر آن را در نظر بگیریم.
گشتاور نیروی محرک حول نقطه تکیه‌گاه برابر است با `Fe * re` که در آن `re` فاصله نقطه اثر نیروی محرک تا تکیه‌گاه است. به همین شکل، گشتاور نیروی مقاوم (مثلاً وزن یک سنگ) برابر است با `Fl * rl` که `rl` فاصله نیروی مقاوم تا تکیه‌گاه است.
وقتی اهرم در حالت تعادل باشد، این دو گشتاور با هم برابرند:
`Fe * re = Fl * rl`
از این رابطه می‌توان مزیت مکانیکی اهرم را به صورت زیر به دست آورد:
`MA = Fl / Fe = re / rl`