علوم نهم فصل 9 : ماشین ها

ماشین ها

درس نامه :فصل 9

علوم نهم فصل 9 : ماشین ها

ماشین ها در بیشتر کارهای روزانه به ما کمک می کنند.و نقش اساسی دارند.

تصور زندگی بدون ماشین، بسیار سخت است.

هر ماشین برای منظور و کار مشخصی طراحی و ساخته شده است.

بشر به کمک اختراع و طراحی هوشمندانه ماشین ها توانایی انجام کار خود را بسیار افزایش داده است.

 

ورودی ماشین شامل همه  آن چیزهایی  است که انجام می دهیم تا ماشین کار کند وخروجی آن چیزی است که ماشین برای ما انجام می دهد.

هر ماشینی می تواند از اجزای ساده تری به نام ماشین ساده تشکیل شده باشد. این اجزا با هم در ارتباط اند و یک هدف را دنبال می کنند؛

مثلا در ساخت دوچرخه از ماشین های ساده ای مانند: اهرم، چرخ و محور، پیچ و مهره، چرخ دنده و … استفاده می شود تا بتواند کار نیروی پا را تبدیل به انرژی جنبشی کند.

دوچرخه به ما امکان حرکت سریع تر و جابه جایی بیشتری را می دهد

ماشین ساده:

ماشینی است که ساختمان ساده ای دارد مانند اهرم  ، قرقره ، چرخ ومحور ، سطح شیب دا ، گوه ، پیچ

علوم نهم فصل 9 : ماشین ها

گشتاور نیرو  درعلوم نهم فصل 9 : ماشین ها

یکی  از اثرهای نیرو، اثر چرخانندگی آن است.

اثر چرخانندگی یک نیرو را گشتاور نیرو می گوییم

مثلا  برای باز و بسته کردن در اتاق، به آن نیرو وارد می کنید و در حول لولایش  می چرخد.

با وارد کردن نیرو به دسته  آچار، پیچ را شل یا سفت می کنید.

گشتاور علوم نهم فصل 9 : ماشین ها

بزرگی گشتاور نیرو برابر با حاصل ضرب اندازه نیرو در فاصله محل اثر نیرو تا محور چرخش است.

اهرم  در علوم نهم فصل 9 : ماشین ها

اهرم ها به شکل های مختلفی وجود دارند.

ساده ترین شکل اهرم الاکلنگ است.

در در الاکلنگ  اهرم اگر در حال تعادل باشد ، اثر چرخشی هر یک از نیروها یکدیگر را خنثی می کنند

در حالت تعادل، اندازه ی  گشتاور نیرویی که هر یک از نیروها نسبت به تکیه گاه ایجاد می کنند، باهم برابر  و جهت چرخششان مخالف یکدیگر است.

اهرم علوم نهم فصل 9 : ماشین ها

در حالت تعادل، گشتاور نیروی ساعت گرد با گشتاور نیروی پادساعتگرد هم اندازه است

 

محاسبه گشتاور

مطابق قانون پایستگی انرژی, انرژی هنگام تبدیل شدن از یک صورت به صورت دیگر و یا انتقال از یک جسم به جسم دیگر خلق و نابود نمی شود.

بنابراین مقدار انرژی داده شده به یک ماشین نیز همواره با مقدار انرژیی که از ماشین گرفته می شود برابر است.

مزیت مکانیکی:

مزیت مکانیکی نشان می دهد که ماشین, نیروی وارده را چند برابر می کند.

برای بررسی طرز کار ماشین ها از دو نوع مزیت مکانیکی استفاده می شود.

مزیت مکانیکی یک ماشین در حالت تعادل، به صورت نسبت  اندازه ی نیروی مقاوم به اندازه  نیروی محرک، تعریف می شود.

فرمول مزیت مکانیکی

نکته:

مزیت مکانیکی کمیتی نسبی بوده و بدون واحد بیان می شود.

انرژی گرفته شده از ماشین= انرژِِی داده شده به ماشین

مزیت مکانیکی نشان می دهد ماشین چگونه به ما کمک می کند.

اگر مزیت مکانیکی بزرگتر از یک باشد, ماشین مقدار نیرو را افزایش می دهد.

اگر مزیت مکانیکی کوچکتر از یک باشد, ماشین مسافت اثر نیرو را زیاد می کند.

اگر مزیت مکانیکی برابر یک باشد, ماشین فقط از راه تغییر جهت نیرو به ما کمک می کند.

مثال:

در یک ماشین, با وارد کردن نیروی 30 نیوتنی می توان یک وزنه 600 نیوتنی را بلند کرد. مزیت مکانیکی واقعی چقدر است و ماشین از چه راهی به ما کمک می کند.

مزیت واقعی

انواع ماشین ها  در علوم نهم فصل 9 : ماشین ها

1- ماشین های ساده:

گروهی از ماشین ها که پایه و اساس ساخت ماشین های دیگر را تشکیل می دهند, ماشین ساده نامیده می شوند.

ماشین های ساده در شش نوع اهرم, قرقره, چرخ محور, سطح شیب دار گوه و پیچ دسته بندی می شوند.

2- ماشین های مرکب یا پیچیده

گاهی دو یا چند ماشین ساده با هم ترکیب می شوند و ماشین جدیدی را به وجود می آورند به چنین ماشین هایی, ماشین های مرکب یا پیچیده می گویند.

این ماشین ها تغییر شکل یافته ی ماشین ساده یا ترکیبی از چند ماشین ساده با یک دیگر هستند.

علوم نهم فصل 9 : ماشین ها انواع ماشین های ساده:

 اهرم :

اهرم میله ای است که می تواند حول یک تکیه گاه دوران کند.

در هر اهرم یک تکیه گاه, یک بازوی محرک و یک بازوی مقاوم وجود دارد.

بخش های اهرم

بازوی محرک (LE):  در یک اهرم فاصله ی نقطه اثر نیروی محرک تا تکیه گاه را بازوی محرک می گویند.

بازوی مقاوم (LR):  در یک اهرم فاصله ی نقطه اثر نیروی مقاوم تا تکیه گاه را بازوی مقاوم می گویند.

تکیه گاه (F):  نقطه ای است که اهرم حول آن دوران می کند.

اهرم بر اساس قرار گرفتن محل تکیه گاه, نیروی محرک و نیروی مقاوم به چند نوع تقسیم می شوند:

الف) اهرم نوع اول

در صورتی که تکیه گاه بین نقطه اثر نیروی مقاوم و نیروی محرک باشد, اهرم از نوع اول است.

اهرم نوع اول علوم نهم فصل 9 : ماشین ها

اهرم نوع اول به سه حالت دیده می شود:

a) حالت اول :

زمانی که تکیه گاه درست در وسط نیروی محرک و نیروی مقاوم قرار گرفته باشد, در این صورت بازوی محرک و بازوی مقاوم با هم برابرند.

در این حالت, اهرم فقط از راه تغییر جهت نیرو به ما کمک می کند.

نکته: مزیت مکانیکی این اهرم همیشه یک است.

b ) حالت دوم :

زمانیکه تکیه گاه بین نیروی محرک و نیروی مقاوم ولی نزدیک به نیروی مقاوم باشد, در این حالت, اهرم از راه های زیر به ما کمک می کند.

اهرم نوع اول

1)تغییر جهت نیرو: زیرا تکیه گاه بین نیروی محرک و مقاوم قرار دارد.

2) افزایش نیرو: زیرا بازوی محرک بزرگتر از بازوی مقاوم است. (LR>LE)

نکته:

مزیت مکانیکی این اهرم همواره از یک بیش تر است.

c )حالت سوم :

زمانیکه تکیه گاه بین نیروی محرک و نیروی مقاوم بوده ولی نزدیک به نیروی محرک باشد, در این حالت اهرم از راه های زیر به ما کمک می کند.

اهرم نوع اول افزایش سرعت

1)تغیین جهت نیرو: زیرا تکیه گاه بین نیروی محرک و مقاوم قرار است.

2) افزایش مسافت اثر نیرو: زیرا بازوی مقاوم بزرگتر از بازوی محرک است. (LR >LE)

نکته: مزیت مکانیکی این اهرم همواره از یک کم تر است.

ب) اهرم نوع دوم

در این نوع اهرم نیروی مقاوم بین تکیه گاه و نیروی محرک قرار دارد.(مانند فندق شکن – چرخ دستی)

اهرم نوع دوم علوم نهم فصل 9 : ماشین ها

این نوع اهرم فقط از راه افزایش نیرو به ما کمک می کند. زیرا در این اهرم همواره بازوی محرک بزرگتر از بازوی مقاوم است.

مزیت مکانیکی این اهرم همیشه از یک بیشتر است.

ج) اهرم نوع سوم

در این نوع اهرم نیروی محرک بین تکیه گاه و نیروی مقاوم قرار دارد. مانند (جاروی فراشی)

علوم نهم فصل 9 : ماشین ها اهرم نوع سوم

این نوع اهرم, فقط از راه افزایش مسافت اثر نیرو به ما کمک می کند. زیرا بازوی مقاوم بزرگتر از بازوی محرک است.

مزیت مکانیکی این اهرم همیشه کمتر است.

قرقره: علوم نهم فصل 9

قرقره چرخی شیار دار است که حول یک محور می چرخد.

قرقره ها

قرقره ثابت:

این نوع قرقره در یک نقطه ثابت است و با حرکت طناب جابجا نمی شود.

قرقره متحرک:

این قرقره آزادانه بر روی ریسمان (طناب) جا به جا می شود.

قرقره متحرک علوم نهم فصل 9 : ماشین ها

قرقره متحرک با افزایش نیرو به ما کمک می کند.

مزیت مکانیکی کامل این قرقره برابر 2 است.

زیرا بازوی محرک (قطر چرخ) همواره دو برابر بازوی مقاوم (شعاع چرخ) است.

نکته:

قرقره متحرک مانند اهرم نوع دوم است, با این تفاوت که

مزیت مکانیکی اهرم (با تغییر دادن محل نیروی مقاوم) قابل تغییر است

در حالیکه مزیت مکانیکی این قرقره تغییر نمی کند.(A=2)

قرقره مرکب:

از ترکیب قرقره های ثابت و متحرک قرقره های مرکب ایجاد می شوند.

با توجه به نحوه بستن این قرقره ها مزیت مکانیکی آن ها متفاوت است.

 

ب) قرقره های ارشمیدس:

برای اتصال این قرقره ها به یکدیگر از چند رشته نخ استفاده می شود.

قرقره ارشمیدس

برای بدست آوردن مزیت مکانیکی کامل این دستگاه از دو راه استفاده می شود:

الف) نیروی کشش نخ (T) را مشخص می کنیم.

توجه:

وجود قرقره ثابت در مزیت مکانیکی کامل دستگاه هیچ تاثیری ندارد

ولی چون کشیدن ریسمان به سمت پایین آسانتر از کشیدن به سمت بالاست گاهی برای آسانتر شدن کار از قرقره ثابت استفاده می شود.

ب) با استفاده از فرمول زیر

محاسبه قرقره ارشمیدس

ج) ممکن است قرقره به صورت زیر به یکدیگر وصل شده باشند, در این صورت برای به دست آوردن مزیت مکانیکی کامل چگونه محاسبه می شود؟

1) از راه کشش نخ استفاده می کنیم.

قرقره ارشمیدس علوم نهم فصل 9 : ماشین ها

 

3- چرخ محور: علوم نهم فصل 9 : ماشین ها

چرخ و محور چرخی است که به مرکز آن یک میله وصل شده است. با چرخاندن چرخ, میله نیز می چرخد.

فرمان اتومبیل-آچار پیچ گوشتی- کلید درب-مداد تراش رومیزی-چرخ چاه-چرخ گوشت دستی نمونه هایی از ماشین چرخ و محور هستند.

چرخ و محور علوم نهم فصل 9 : ماشین ها

در چرخ و محور بین شعاع (قطر) چرخ و شعاع (قطر) محور و نیروهایی که به چرخ و محور وارد می شود،رابطه ی زیر برقرار است.

(در صورت صرف نظر از اصطکاک)

نکته 2:

در چرخ و محور اگر نیروی مقاوم به چرخ و نیروی محرک به محور وارد شود, چرخ و محور از طریق افزایش مسافت اثر نیرو کمک می کند.

زیرا بازوی مقاوم (rR) از بازوی محرک (rE )بزرگتر خواهد شد و مزیت مکانیکی آن از یک کم تر خواهد شد.

چرخ و محور افزایش سرعت

چرخ و محور نیز نوعی اهرم است. با این تفاوت که :

1) چرخ و محور نه در دامنه ی حرکت محدودیت دارد و نه در مزیت مکانیکی

2) اهرم پس از مدتی چرخش به دور تکیه گاه متوقف می شود ولی در چرخ و محور خیر.

چرخ دنده ها: علوم نهم فصل 9 : ماشین ها

در اغلب ماشین هایی که می چرخند از چرخ دنده استفاده می شود.

چرخ دنده ها علوم نهم فصل 9 : ماشین ها

ماشینی مانند یک دریل کوچک در سرعت های بالا به نیروی کمی احتیاج دارد و ماشین های دیگری مانند چرخ های بزرگ (پره دار) پشت کشتی های بخار، به نیروی زیادی در سرعت های کم، احتیاج دارند.

چگونگی کارکرد چرخ دنده ها به تعداد دندانه های آن، بستگی دارد

چرخ دنده ها در صنعت کاربردهای فراوانی دارد.

از چرخ دنده ها می توان برای:

1)تغییر سرعت چرخش

2)تغییر گشتاور

3) تغییر جهت نیرو

استفاده کرد. در خودروها چرخ دنده ها با تغییر سرعت چرخشی؛ مثلا سبب تغییر سرعت خودرو می شوند.

4- سطح شیب دار  علوم نهم فصل 9 : ماشین ها

 

هر سطحی که با سطح افق زاویه ای کوچکتر از 90 درجه بسازد, سطح شیب دار است.

سطح شیب دار علوم نهم فصل 9 : ماشین ها

به وسیله سطح شیب دار می توانیم یک جسم سنگین را با وارد کردن نیرویی کوچک تر از وزن آن, به داخل کامیون منتقل می کنیم.

در این صورت به کمک یک نیروی کم اما در مسافتی طولانی, جسمی را به سمت بالا حرکت می دهیم.

اگر بخواهیم جسمی را در راستای قائم بلند کنیم باید نیرویی برابر وزن جسم (mg) به آن وارد کنیم ولی با استفاده از سطح شیب دار و با چشم پوشی از اصطکاک نیرویی کم تر از نیروی وزن (mgsinΘ) لازم است تا جسم را از سطح زمین بالا برد.

محاسبه نیرو در سطح شیب دار

نکته:

هر چه زاویه سطح شیب دار کوچک تر باشد نیروی کم تری برای بالابردن جسم لازم است در نتیجه طول سطح شیب دار نسبت به ارتفاع آن بیش تر خواهد شد.

علوم نهم فصل 9 : ماشین ها ،  گوه

گوه یک سطح شیب دار متحرک است و معمولا از دو سطح شیب دار ساخته شده است.

نوک تبر, قیچی, چاقو و هر وسیله تیز و برنده گوه است. یکی از کاربردهای گوه شکاف دادن تنه درختان است.

گوه

وقتی با پتک به گوه نیرو وارد می شود, گوه به جلو رانده می شود در نتیجه از طریق سطوح جانبی گوه, نیروی بزرگتری به هر طرف شکاف وارد می شود.

پیچ: علوم نهم فصل 9 : ماشین ها

پیچ  ، سطح شیب داری است که دور یک میله پیچیده شده است.

به هر بر آمدگی پیچ یک دنده می گویند.

فاصله ی دو برآمدگی یا دو فرو رفتگی پیچ را پای پیچ می گویند.

پای پیچ با حرف P نمایش داده می شود.

هرگاه محیط پیچ یک دور کامل بچرخد پیچ به اندازه فاصله یک دنده تا دنده دیگر (پای پیچ) جابه جا می شود.

نکته:

محیط پیچ جابه جایی نیروی محرک و پای پیچ, جابه جایی نیروی مقاوم است.

 

 

 

در باره نویسنده :

*16 سال سابقه تدریس در مدارس شاهد و نمونه دولتی *15 سال سابقه تدریس در مدارس تیزهوشان *مدرس ضمن خدمت *10 سال سرگروه آموزشی استان *موسس و مسئول انجمن علمی و آموزشی معلمان علوم تجربی استان

24 Comments

  1. دانش آموز دی ۲۲, ۱۳۹۶ در ۰۰:۳۹ - پاسخ دادن

    بسیار عالی بود ممنون از شما و سایت خوبتون

    • حامد فرح آبادی دی ۲۲, ۱۳۹۶ در ۰۰:۴۰ - پاسخ دادن

      خواهش میکنم. باز هم به سایت ما سر بزنید.

  2. یکی اسفند ۳, ۱۳۹۶ در ۱۴:۰۲ - پاسخ دادن

    بسیار عالی بود ممنون از شما و سایت خوبتون

  3. یکی اسفند ۳, ۱۳۹۶ در ۱۴:۰۶ - پاسخ دادن

    عالی بود
    خوب بود

  4. N اسفند ۴, ۱۳۹۶ در ۱۴:۴۱ - پاسخ دادن

    خوب بود اما اگه لینک دانلود نمونه سوال هارو واضح بزارین ممنون میشم

  5. ستار اسفند ۸, ۱۳۹۶ در ۱۵:۰۶ - پاسخ دادن

    مثالهای تستی بیشتری بیاورید

  6. آرین اسفند ۹, ۱۳۹۶ در ۲۰:۵۵ - پاسخ دادن

    فوق العاده بود

  7. هانا اسفند ۱۲, ۱۳۹۶ در ۲۲:۱۰ - پاسخ دادن

    بسیار عالی واقعا

  8. هانا اسفند ۱۲, ۱۳۹۶ در ۲۲:۱۱ - پاسخ دادن

    خیلی دقیق و عالی و منسجم…واقعا ممنونم

    • حامد فرح آبادی اسفند ۱۲, ۱۳۹۶ در ۲۲:۱۳ - پاسخ دادن

      با تشکر از دیدگاه شما.
      سایت ما را به دوستان خود معرفی کنید.

  9. maede فروردین ۱۶, ۱۳۹۷ در ۲۱:۰۷ - پاسخ دادن

    خیلی ممنون

    • حامد فرح آبادی فروردین ۱۷, ۱۳۹۷ در ۱۴:۳۶ - پاسخ دادن

      خواهش میکنم
      سایت ما را به دوستان خود معرفی کنید.

  10. Mro فروردین ۲۴, ۱۳۹۷ در ۰۱:۰۱ - پاسخ دادن

    ممنون خیلی ب من کمک کرد

    • حامد فرح آبادی فروردین ۲۴, ۱۳۹۷ در ۲۱:۴۲ - پاسخ دادن

      تشکر بابت نظر شما
      لطفا سایت ما را به دوستان خود معرفی کنید.

  11. amir اردیبهشت ۱۶, ۱۳۹۷ در ۲۳:۴۰ - پاسخ دادن

    سلام آقا خیلی تشکر و ضمن خسته نباشی از مطالبتون
    میخواستم اگر میشه یک سری مطالب بیشتری بزارین
    خیلی ممنون

    • مجید فرح آبادی اردیبهشت ۱۷, ۱۳۹۷ در ۱۰:۰۷ - پاسخ دادن

      مطالب نشر شده متناسب با نیاز و پیشنهادات کاربران انتخاب می شوند یقینا پیشنهاد های شما می تواند به این مجموعه کمک کند لطفا نوع محتوا های درخواستی خود را بنویسید تا بررسی و منتشرشوند

  12. amir اردیبهشت ۱۹, ۱۳۹۷ در ۱۸:۱۰ - پاسخ دادن

    سلام اگر میشه راندمان (RA) کمی مطلب درباره اش بذارید

    • حامد فرح آبادی اردیبهشت ۲۰, ۱۳۹۷ در ۱۱:۲۶ - پاسخ دادن

      راندمان یا بازده به نسبت کار مفید به کل کار می گویند.

  13. paria15 اردیبهشت ۲۱, ۱۳۹۷ در ۱۰:۴۸ - پاسخ دادن

    عاااااااااااااااااااااالی حرف نداره…
    واسه علوم پاور درست کردم کل پاور از نکات آموزنده شما بود ممنون

  14. ramesh اردیبهشت ۳۱, ۱۳۹۷ در ۱۹:۲۲ - پاسخ دادن

    از اینکه این مباحث مفید رو در اختیارمون گذاشتید سپاسگذارم.

  15. Setayesh خرداد ۱۸, ۱۳۹۷ در ۱۱:۰۸ - پاسخ دادن

    سلام خیلی خوب بود فقط میشه توضیحی در مورد کار نیروی مقاوم=کار نیروی محرک بدید
    ممنونم🌹

    • مجید فرح آبادی خرداد ۱۹, ۱۳۹۷ در ۰۰:۱۶ - پاسخ دادن

      کاربر گرامی :کار نیروی محرک مقدار کاری است که از حاصل ضرب نیروی محرک در جابجایی نیروی محرک بدست می آید و همان کل کار داده شده به ماشین است.
      کار نیروی مقاوم از حاصل ضرب مقدار نیروی مقاوم در جابجایی نیروی مقاوم بدست می آید که همان کار مطوب یا مفید است.
      زمانی کار نیروی مقاوم برابر با کار نیروی محرک خواهد بود که ماشین کامل باشد یعنی انرزی به هدر نرود و همه آن صرف انجام کار مطلوب شود .
      بنابر این در دنیای واقعی به علت وجود نیرو های مقاوم دیگر همیشه کار مفید از کل کار کم تر است.

ثبت ديدگاه

شش + 19 =