محتويات
الوحدة الدولية لقياس عزم القوة هي
نيوتن في المتر .
عزم القوة هي القوة التي تسبب دوران شئ ما حول محوره وتعرف النقطة التي يدور من عندها العنصر باسم محور الدوران، ويكثر استخدام مصطلح عزم القوة في وصف قوة السيارة فهو القوة التي تسبب دوران وحركة العجلات في السيارة وله تطبيقات أخرى مختلفة في حياتنا منها فتح باب مغلق حيث نستخدم في ثلاث عزم قوة وهي تشغيل المفتاح وتشغيل مقبض الباب ودفع الباب حتى يفتح وعزم القوة له نوعان إما أن يكون عزم القوة الثابت أو عزم القوة الديناميكي وعزم القوة الثابت هو عزم القوة الذي لا يسبب تسارعاً دائرياً من أمثلته دفع باب مغلق أما عزم القوة الديناميكي فيكون في تسارع عجلات السيارة.[1]
أمثلة على عزم القوة
- المحرك الكهربائي.
- تدوير السيارة.
- فتح الباب المغلق.
- الدراجة.
- فتح وإغلاق صنبور الماء.
- الطاحونة الهوائية.
- مقبض منظم سرعة المروحة.
- العصارة.
- الساعة.
- مصارعة الذراع.
- لعب البولينج.
- المشي.
- إزالة غطاء الزجاجة.
المحرك الكهربائي : يتم استخدام المحرك الكهربائي في العديد من الآلات والأجهزة حيث يساعد المجال المغناطيسي الدوران الناتج في الجزء الثابت للمتحرك وحدوث عزم القوة في الجزء المتحرك.
تدوير السيارة : لبدء تشغيل محركات السيارة يتم تدويرها يدوياً في السيارات القديمة عن طريق تدوير المقبض مما يسبب حدوث عزم القوة للعمود المرفقي ويبدأ تشغيل المحرك كما أن حركة عجلات السيارة هي تطبيق لعزم القوة.
فتح الباب المغلق : يساعد عزم القوة الذي يحدث عند مقبض الباب على فتح أو إغلاق الباب.
الدراجة : يساعد عزم القوة الناتج عن تحريك القدمين في تحريك الدراجة والتجول.
فتح وإغلاق صنبور الماء : دوران مقبض الصنبور بمساعدة الأصابع يكون عن طريق عزم القوة.
الطاحونة الهوائية : يعمل عزم القوة على تحريك ريش الطاحونة الهوائية عند عمود الدوران.
مقبض منظم سرعة المروحة : حيث لزيادة أو تقليل سرعة المروحة يكون من خلال تدوير منظم سرعة المروحة فتقوم الأصابع بتطبيق عزم القوة على المقبض.
العصارة : الكثير من الأجهزة المستخدمة في المطبخ عزم القوة ضروري لتشغيلها مثل المضرب والعصارة والمطحن.
الساعة : يساعد عزم القوة في حركة عقرب الدقائق وعقرب الساعات وعقرب الثواني.
مصارعة الذراع : أثناء مصارعة الذراع يعمل عزم القوة على تحريك ذراع اللاعب.
لعب البولينج : عند رمي اللاعب للكرة يساعد عزم القوة على دوران ذراع اللاعب مما يساعد على إيصال الكرة بشكل أسرع.
المشي : يؤثر عزم القوة على مفصل الورك مما يسبب في دوران الساق أثناء المشي كما أنه يساعد على دوران اليد حول الكتف.
إزالة غطاء الزجاجة : يمكن إزالة غطاء الزجاجة من خلال تطبيق عزم القوة باستخدام الأصابع.[2]
تعريف عزم القوة
عزم القوة هو مقياس القوة التي تسبب دوران شئ ما حول محوره كما أنه القوة التي تجعل الجسم يتسارع في الحركية الخطية حيث أن عزم القوة هو ما يجعل الجسم يكتسب التسارع الزاوي، وعزم القوة هو كمية متجهة حيث يعتمد اتجاهه على اتجاه القوة المؤثرة على المحور، وعزم القوة الثابت لا ينتج عنه تسارعاً زاوياً مثل الضغط على باب مغلق فالباب يدور حول مفصلاته، وهناك علاقة بين عزم القوة والطاقة فلهما نفس الأبعاد فالفرق بينهما أن عزم القوة عبارة عن كمية متجهة ومحددة فقط بأي شئ قابل للدوران.[3]
قانون عزم القوة
τ = F x r x Sin(θ).
يرمز لعزم القوة بالرمز T وهو عبارة عن كمية متجهة أي لها اتجاهاً وحجماً ويمكن تصور اتجاهه من خلال استخدام قاعدة اليد اليمنى حيث تقوم بلف أصابع يدك اليمنى في اتجاه دوران القوة مما يعني أن اتجاه إبهام يدك اليمنى هو نفسه اتجاه عزم القوة، وفي قانون عزم القوة تشير ال F إلى القوة الخطية أما r فهي المسافة بين محور الدوران والنقطة التي يتم فيها تطبيق القوة الخطية أما & فهي الزاوية بين ال F وr وقد تكون تلك الزاوية تساوي صفر إذا كان اتجاه القوة الخطية والمسافة في نفس الاتجاه مما لا يسبب حدوث دوران حول المحور مما يعني أن عزم القوة سيساوي صفر وإذا كانت الزاوية تساوي 180 درجة مما يعني أن القوة لن تؤثر على محور الدوران وأن قوة العزم ستساوي صفراً.
تجربة عزم القوة
- الأدوات.
- الخطوات.
- الملاحظة.
- الاستنتاج.
الأدوات : قضيب معدني مستقيم، طاولة مستوية أفقية.
الخطوات : ضع القضيب المعدني المستقيم على طاولة مستوية أفقية وثبت الطرف (ب) من القضيب في محور ثابت عمودي على مستوى الطاولة بحيث يكون القضيب قابلاً للدوران حول ذلك المحور ثم ادفع القضيب بإصبعك حتى يكون الإصبع عمودياً عليه وواقعاً في مستوى الطاولة، وغير موضع إصبعك ماراً بالنقاط (أ) و(ج) و(د) و(ه) التي حددتها على القضيب المعدني.
الملاحظة : كلما اقترب إصبعك من محور الدوران (ب) يلزمك قوة أكبر لإحداث الدوران حتى إذا كان إصبعك عند محور الدوران (ب) فإن القضيب لا يمكن أن يدور مهما كبرت قوة إصبعك التي تدفع بها القضيب وإذا انعكس اتجاه القوة التي تدفع بها القضيب انعكس اتجاه الدوران.
الاستنتاج : نستنتج من ذلك أن عزم القوة يعتمد على عاملين وهما أولاً مقدار القوة واتجاهها وثانياً البعد العمودي بين خط عمل القوة (ق) ومحور الدوران الذي يسمى بذراع القوة ونرمز له بالرمز (ل) كما أن قانون عزم القوة رياضياً هو حاصل ضرب القوة (ق) في ذراعها (ل) ووحدة قياسه دولياً هي نيوتن في المتر حيث استنتجنا ذلك من العلاقة السابقة ع (ق) = ق (نيوتن) × ل (متر) = ق × ل (نيوتن.متر).[4]
أمثلة محلولة على عزم القوة
مثال واحد : قضيب (أج) طوله 8 متر (مهمل الوزن) تؤثر فيه ثلاث قوى رأسية أوجد المجموع الجبري لعزوم القوى المؤثرة في القضيب حول المحاور العمودية على مستوى القوة والتي تمر من خلال النقاط (أ،ب،ج)، قبل الحل هنا ملاحظة مهمة المقصود بالمجموع الجبري هو الأخذ بعين الاعتبار الإشارة الجبرية (سالب أو موجب لكل حد عند الجمع) والحل هو نرمز للمجموع الجبري لعزوم القوى حول محور يمر من (أ) بالرمز ع (ق) وكذلك بالنسبة للنقاط ب وج، إذا ع (ق) تساوي 6 × 0 – 3 × 2 +4×8 (ذراع القوة المارة من محور الدوران تساوي صفر) فإن ع (ق) = _6+32 = 26 نيوتن.متر أي أن إشارة محصلة العزوم موجبة حول (أ) أي أن اتجاه دوران محصلة العزوم هو عكس اتجاه دوران عقارب الساعة، ولحساب اتجاه دوران القوى حول النقطة (ب) ع (ق) = _6×2+3×صفر+4×6 مما يعني ع (ق) = _12+24 = 12 نيوتن.متر أي أن إشارة محصلة العزوم موجبة، ولحساب اتجاه دوران القوى حول (ج) فإن ع (ق) = _6×8+3×6+4×صفر إذن ع (ق) = _48+18=_30 نيوتن.متر أي أن إشارة محصلة العزوم سالبة أي اتجاه دوران المحصلة في اتجاه عقارب الساعة.
مثال ثاني : عند محاولة فك صواميل عجلة على إطار مثقوب عن طريق الضغط على مفتاح الربط كانت زاوية الميل 15% إلى الأفقي وطول مفتاح الفك 0.60 متر حتى النهاية وتم تطبيقك وزنك بالكامل 900 نيوتن قم بحسابة مقدار قوة العزم الحل أولاً لا بد من حساب الزاوية بما أن الميل بمقدار 15% والمسافة 90 فإن الزاوية ستكون 105 درجة، ويكون الحل (0.60 m)(900 N)[5]sin(105°) = 540 × 0.097 Nm = 520 Nm
