نکات مهم فصل ماشین ها علوم نهم
این روز‌ها، کم‌تر کسی است که بتواند زندگی بدون ماشین‌ها را تصور کند. در فصل نهم: ماشین ها علوم نهم، به این سوال پاسخ خواهیم داد که ماشین‌ها چگونه کارهای دشوار را به آسانی انجام می‌دهند. در این مسیر در رابطه با ماشین ساده، گشتاور نیرو، اهرم‌ها، مزیت مکانیکی، قرقره‌ها، کار نیروی محرک، چرخ دنده‌ها و سطح شیبدار صحبت خواهیم کرد.
ماشین ها چگونه به کمک ما می آیند؟
در اولین بخش از آموزش ویدیویی ماشین ها علوم نهم این سوال را مطرح می‌کنیم که ماشین‌ها چگونه می‌توانند کارهای غیر ممکن برای انسان‌ها را ممکن سازند؟
با توجه به این که ماشین‌ها در انواع مختلف و برای مقاصد متفاوتی تولید می‌شوند، لازم است تا ابتدا به ورودی و خروجی ماشین‌ها بپردازیم. ورودی ماشین شامل تمامی مواردی می‌شود که به کار می‌گیریم تا ماشین مد نظر ما شروع به کار کند و خروجی، نتیجه‌ای است که ماشین منجر به آن می‌شود. به عنوان مثال در هنگام حرکت یک اتومبیل، ورودی فشاری است که بر فشار گاز وارد می‌شود و خروجی را می‌توان حرکت ماشین در نظر گرفت. قبل از پرداختن به موضوع ماشین‌های ساده لازم است که ابتدا به برخی از مفاهیم مانند گشتاور آشنا شویم
مفهوم گشتاور
تا به اینجای درس ماشین ها علوم نهم، با اثر نیرو بر یک جسم آشنا شده‌اید. یکی از مهم‌ترین اثرات نیرو، چرخانندگی آن است. از جمله مثال‌های چرخانندگی نیرو می‌توانیم به وارد کردن نیرو به فرمان و چرخیده شدن آن برای هدایت نمودن دوچرخه اشاره کنیم. مطابق تعریف کتاب، «اثر چرخانندگی یک نیرو را گشتاور نیرو می‌گوییم». از جمله مهم‌ترین عوامل موثر در گشتاور نیرو می‌توانیم به «فاصله‌ی نیرو» و «اندازه‌ی نیرو» اشاره کنیم.
به این ترتیب بزرگی گشتاور نیرو از حاصل‌ضرب اندازه‌ی نیرو در فاصله‌ی نقطه اثر نیرو تا محور چرخش حاصل می‌آید. یکای گشتاور نیرو نیز نیوتون متر (Nm) خواهد بود زیرا یکای نیرو، نیوتون (N) و یکای فاصله، متر (m) است.
ماشین ساده
در این قسمت از درس ماشین ها علوم نهم با مفهوم ماشین ساده آشنا می‌شویم. در واقع هر ماشین از اجزای ساده‌تری به نام ماشین ساده تشکیل یافته است که هدف تمامی این اجزا مشترک است. به عنوان مثال می‌توانیم این گونه بیان کنیم که ماشین‌های ساده‌ای مانند چرخ دنده، اهرم، پیچ، مهره، چرخ و محور و … که در ساختار دوچرخه به کار رفته‌اند همگی در جهت حرکت دوچرخه فعالیت می‌کنند.
در کتاب درسی علوم تجربی نهم، تعریف ماشین ساده را به صورت زیر بیان نموده است:
«یک ماشین ساده مانند اهرم، وسیله‌ای مکانیکی است که به کمک آن می‌توان فعالیت‌های مشکل را به سادگی انجام داد».
از جمله معروف‌ترین ماشین‌های ساده، قرقره‌ها، اهرم‌ها و سطوح شیبدار هستند که در سال‌های گذشته اندکی با آن‌ها آشنا شدید. در ادامه به بررسی جامع‌تر این ماشین‌های ساده خواهیم پرداخت.
اهرم
در ادامه‌ی مبحث ماشین ها علوم نهم، به اهرم‌ها می‌پردازیم. شاید بتوان گفت که ساده‌ترین شکل انواع مختلف اهرم‌ها، الاکلنگ است. الاکلنگ از یک تکیه‌گاه در وسط یک میله تشکیل شده که وقتی از سمتی از آن، نیرویی به طرف پایین وارد می‌شود، طرف دیگر به سمت بالا حرکت می‌نماید. به این ترتیب با تنظیم فاصله‌ی دو جسم نسبت به تکیه‌گاه می‌توان تعادل ایجاد نمود و اثر چرخشی نیروها را خنثی نمود.
مطابق تعریف کتاب «در این حالت اثر چرخشی هر یک از نیروها یکدیگر را خنثی می‌کند و در حالت تعادل، اندازه‌ی گشتاور نیرویی که هر از نیروها نسبت به تکیه‌گاه ایجاد می‌کنند، با هم برابر و جهت چرخش‌شان مخالف یکدیگر خواهد بود».
با با ویدیو آموزشی ماشین ها علوم نهم مدرسه مجازی آی نو می‌توانید مبحث اهرم و گشتاور را به خوبی بیاموزید.
مزیت مکانیکی
مطابق تعریف ارائه شده در کتاب درسی، مزیت مکانیکی یک ماشین در حالت تعادل، به صورت «نسبت اندازه‌ی نیروی مقاوم به اندازه‌ی نیروی محرک» تعریف می‌شود. بر این اساس برای محاسبه‌ی مزیت مکانیکی کافیست اندازه‌ی نیروی مقاوم را بر اندازه‌ی نیروی محرک تقسیم کنید.
قرقره
با استفاده از قرقره و طناب هم می‌توان به عنوان یک ماشین ساده، اجسام را جابهجا کرد. در واقع هر قرقره حول محور خود، آزادانه می‌چرخد. قرقره‌ها می‌توانند ثابت یا متحرک باشند. یک قانون کلی در رابطه با قرقره‌ها این است که بر اساس ترکیب قرقره‌ها با یک نیروی محرک ثابت، نیروی مقاوم متفاوتی را می‌توان بلند کرد. بهتر است این موضوع را در قالب یک مثال توضیح دهیم:
فرض کنید می‌خواهیم با استفاده از طناب، قرقره و نیروی محرک 50 نیوتون، سه وزنه‌ی (نیروی مقاوم) 50 نیوتونی، 100 نیوتونی و 150 نیوتونی را بلند کنیم. در حالت اول، نیروی محرک 50 نیوتونی با نیروی مقاوم 50 نیوتونی برابر خواهد بود. در حالی که در حالت دوم و سوم (وزنه‌های 100 و 150 نیوتونی) مقدار نیروی مجرک کوچک‌تر از نیروی مقاوم و برابر با 50 نیوتون است. برای این منظور لازم است تا به ترتیب جابهجایی طناب 2 و 3 برابر جابهجایی وزنه‌ی سنگین شود.
منظور ما این است که به منظور بالا بردن وزنه‌ی 150 نیوتونی در این مثال به میزان 1 متر لازم است تا طناب را با نیروی 50 نیوتون به اندازه‌ی 3 متر بکشیم. به این صورت که سه طناب متصل به قرقره نیاز خواهیم داشت که هر کدام از این سه طناب متصل به وزنه به میزان 1 متر جابهجا می‌شوند).
در نهایت با صرف نظر کردن از اصطکاک، بر اساس قانون پایستگی انرژی می‌توانیم اندازه کار نیروی محرک را برابر با اندازه‌ی کار نیروی مقاوم در نظر بگیریم. با مشاهده‌ی تدریس ماشین ها علوم نهم در ویدیوهای آموزشی مدرسه مجازی آی نو می‌توانید بر تمامی مباحث کتاب علوم نهم مسلط شوید.
چرخ دنده
در ادامه‌ی آموزش ماشین ها علوم نهم به چرخ دنده‌ها می‌رسیم. چرخ دنده‌ها معمولا در ماشین‌های چرخنده مورد استفاده قرار می‌گیرند. از چرخ دنده‌ها به منظور تغییر گشتاور، تغییر سرعت چرخش و تغییر جهت نیرو استفاده می‌شود.
سطح شیب دار
آخرین مبحث و از مهم‌ترین نکات ماشین ها علوم نهم، سطح شیبدار است. سطح شیبدار نوعی ماشین ساده است که از قدیم‌الایام برای جابهجایی اجسام سنگین مورد استفاده قرار می‌گرفته است. با استفاده از سطح شیبدار اگرچه مسافت جابهجایی افزایش می‌یابد اما نیروی محرک کاهش پیدا می‌کند.
آموزش ویدیویی علوم تجربی نهم
تا به این جا سعی کردیم که خلاصه ماشین ها علوم نهم را بیان کنیم اما پیشنهاد می‌کنیم که ویدیوهای آموزشی مدرسه مجازی آی نو را مشاهده نمایید. این ویدیوها در اختیار شما قرار گرفته‌اند و در آن‌ها صفر تا صد مفاهیم کتاب درسی زیر ذره‌بین قرار گرفته است.
