الميكانيكا

رافعة متساوية

قوتان متساويتان تدفعان للأسفل على الطرفين. ذراعان متساويان + قوتان متساويتان → عزمان يلغي أحدهما الآخر (τ = r × F) → تبقى الرافعة أفقية. غيّر إحدى القوتين في لوحة الخصائص لتراها تميل.

رافعة متساوية — محاكاة الميكانيكا تفاعلية. قوتان متساويتان تدفعان للأسفل على الطرفين. ذراعان متساويان + قوتان متساويتان → عزمان يلغي أحدهما الآخر (τ = r × F) → تبقى الرافعة أفقية. غيّر إحدى القوتين في لوحة الخصائص لتراها تميل. مختبر فيزياء افتراضي مجاني يعمل في المتصفح مع قياسات حية بوحدات النظام الدولي وشرح موجّه.

عزم الدوران والروافع

تدور الرافعة حين يكون عزم الدوران الصافي غير صفري. القوى الأبعد عن المحور تنتج عزومًا أكبر للمقدار نفسه.

عزم الدوران τ = r × F يعتمد على كل من القوة وذراع الرافعة. القوى المتساوية على مسافات متساوية في جهتين متقابلتين يمكن أن تتوازن؛ تغيير المسافة أو القوة يُمال الرافعة.

• τ = rF sin θ
• Στ = 0 عند الاتزان

موجز التحقيق

خطط للسؤال قبل فتح المختبر

تعكس المقدمة الصفحة المُصيّرة مسبقًا: سؤال القيادة، والتوقعات المتنافسة، وأدوار المتغيرات، والقوانين الحاكمة، والتجهيز، والتحليل، وأسئلة التوسع تبقى مرئية وبهذا الترتيب.

السؤال القائد

رافعة مثبتة عند مركزها بالضبط، مع دفعة إلى الأسفل عند كل طرف، بالمسافة نفسها من المحور. إذا دفع أحد الجانبين أقوى من الآخر، فهل تميل الرافعة نحو الدفعة الأقوى أم الأضعف أم تبقى متزنة مهما كان؟

توقعات للموازنة

• تميل نحو الدفعة الأقوى
• تبقى متزنة مهما كانت القوى
• تميل نحو الدفعة الأضعف

أدوار المتغيرات

ما تضبطه:

• القوة اليسرى (N)
• القوة اليمنى (N)

ما تقيسه:

• عزم الدوران الصافي (من المحاكاة) (N·m)
• τ = r × F (محسوبة) (N·m)

كيف يجري التحقيق

1. افتح تجربة الرافعة. عارضة صلبة مثبتة عند مركزها؛ قوة 50 N إلى الأسفل مطبقة على بعد 2 m من المحور عند كل طرف.
2. انقر سهم القوة الأيسر على العارضة ودوّن شدته في لوحة الخصائص، ثم انقر سهم القوة الأيمن وافعل مثل ذلك.
3. لكل صف أدناه، اضبط شدتي القوة اليسرى واليمنى في لوحة الخصائص لتطابق الجدول، وشغّل المحاكاة، وحدد العارضة، واقرأ قيمة عزم الدوران τ = r × F من لوحة الرياضيات.

المعادلة الحاكمة

عزم الدوران — τ = r × F

عزم الدوران هو الأثر الدوراني للقوة حول محور: τ = r × F، حيث r المسافة من المحور إلى نقطة تأثير القوة. تتوازن الرافعة عندما تلغي عزما الطرفين أحدهما الآخر — قوى متساوية على مسافات متساوية، أو قوى غير متساوية على مسافات متناسبة عكسيًا.

ما يطلب من الطلاب استخراجه في ورقة العمل القابلة للطباعة

• لكل صف احسب يدويًا 2 m × (القوة اليمنى − اليسرى). قارنه بعزم الدوران الصافي من لسان الرياضيات. هل يتطابقان؟
• في الصف 1 تتساوى القوتان وتبقى الرافعة أفقية. بماذا يخبرك ذلك عن العلاقة اللازمة بين القوى وأطوال الأذرع لتوازن أي رافعة؟

أين يظهر هذا خارج المختبر

• الروافع الحقيقية — كأرجوحة براكبَين مختلفي الوزن — تحتاج غالبًا أذرعًا غير متساوية، لا قوى غير متساوية، لتتزن. إذا بقيت قوة الجانب الأيمن 50 N وتضاعفت مسافته من المحور إلى 4 m، فما القوة اللازمة على الذراع الأيسر (عند 2 m بعدُ) لموازنتها؟
• مفتاح الربط وفتاحة الزجاج والمقص كلها روافع. اختر واحدًا وحدد محوره والقوة المطبقة والحمل الذي يحركه — ثم اشرح لماذا يجعل المقود الأطول استخدامه أسهل.

• AP Physics 1 — Unit 5: Torque and Rotational Dynamics
• AP Physics C: Mechanics — Unit 5: Torque and Rotational Dynamics
• IB Physics — A.4 Rigid body mechanics
• General High School Physics — Rotation, gravitation & orbits
• NGSS High School Physics — Forces and Newton's second law

1. أهلًا بك في الرافعة
2. حدد الرافعة
3. اضغط تشغيل
4. موازنة العزوم
5. افتح البيانات
6. أحسنت!

افتح المحاكاة التفاعلية لبناء المشهد، واضغط تشغيل، واستكشف بقياسات حية وشرح موجّه.

افتح المختبر التفاعلي ←

نزّل ورقة العمل ←

عزم الدوران وقانون الرافعة