الميكانيكا

رافعة غير متساوية

دفعة 50 N على ذراع 2 m توازن دفعة 100 N على ذراع 1 m — عزمان متساويان (τ = r × F) من قوتين غير متساويتين. غيّر إحدى القوتين في لوحة الخصائص لتراها تميل.

رافعة غير متساوية — محاكاة الميكانيكا تفاعلية. دفعة 50 N على ذراع 2 m توازن دفعة 100 N على ذراع 1 m — عزمان متساويان (τ = r × F) من قوتين غير متساويتين. 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

تتزن الرافعة حين يتساوى عزما الجانبين حول المحور — القوى على ذراع أقصر يجب أن تكون أكبر لموازنة ذراع أطول.

عزم الدوران τ = r × F يعتمد على كل من القوة وذراع الرافعة. مع محور في المنتصف، قوة 50 N على بعد 2 m من المحور توازن قوة 100 N على بعد 1 m: 50 × 2 = 100 × 1.

• 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

محور هذه الرافعة مركزي كالرافعة الكلاسيكية — لكن القوة اليمنى تطبق على بعد 1 m فقط من المحور بينما اليسرى على 2 m. إذا وازنت دفعة 50 N عند مسافة 2 m بدفعة عند 1 m، فهل تلك القوة أكبر أم مساوية أم أصغر من 50 N؟

توقعات للموازنة

• أكبر من 50 N
• هي نفسها — 50 N
• أصغر من 50 N

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 غير المتساوية. عارضة صلبة مثبتة عند مركزها بالضبط كالرافعة الكلاسيكية — لكن القوتين إلى الأسفل مطبقتان على مسافتين مختلفتين: 2 m يسارًا و1 m يمينًا. قوة 50 N إلى الأسفل تدفع عند علامة 2 m.
2. انقر سهم القوة الأيسر على العارضة ودوّن شدته في لوحة الخصائص، ثم انقر الأيمن وافعل مثل ذلك. لاحظ أن الذراعين مختلفا الطول.
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. مع ذراعين غير متساويين، تتطلب العزوم المتساوية قوى غير متساوية — قوة 50 N على بعد 2 m من المحور توازن قوة 100 N على بعد 1 m، لأن كليهما ينتج 100 N·m.

ما يطلب من الطلاب استخراجه في ورقة العمل القابلة للطباعة

• لكل صف احسب يدويًا 1 m × القوة اليمنى − 2 m × القوة اليسرى. قارنه بعزم الدوران الصافي من لسان الرياضيات. هل يتطابقان؟
• في الصف 1 توازن دفعة 50 N على ذراع 2 m دفعة 100 N على ذراع 1 m — قوتان مختلفتان وعزمان متساويان. ما الشرط اللازم على قيمة القوة ومسافتها من المحور لتوازن رافعة؟

أين يظهر هذا خارج المختبر

• عربة اليد رافعة أيضًا: ترفع ذراعاك المقابض على نحو 2 m من العجلة (المحور) بينما يجلس الحمل قرب العجلة. إذا كان وزن الحمل 200 N ويجلس على 0.5 m من العجلة، فما القوة إلى الأعلى التي تطبقها عند المقابض لموازنته؟ وماذا تحتاج لو جلس الحمل عند طرف الصندوق تمامًا؟
• مطرقة المخلب تقتلع مسمارًا، وعتلة الكرتون، وكسّارة البندق، كلها روافع بأذرع غير متساوية. اختر واحدة وحدد محورها والقوة المطبقة والحمل — ثم اشرح لماذا يكون الذراع القصير في جهة الحمل.

• 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 غير المتساوية
2. حدد الرافعة
3. اضغط تشغيل
4. ذراعان غير متساويين وعزمان متساويان
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