قوي مزدوجات

Forces and Couples - Forces et Couples

القوى والمزدوجات

 

يُسمى قوة force كل سبب يولِّد تشوهاً deformation في جسم ما أو حركة أو تعديلاً في حركته. ويمكن للقوة أن تؤثر عن بعد أو عن طريق التماس، كما يمكن أن تأخذ أشكالاً مختلفة كقوة الثقالة gravitationnelle، أو الكهراكدة électrostatique، أو الكهرمغنطيسية électromagnétique أو المرنة élastique أو الهيدرودينامية hydrodynamique وغير ذلك. تتصف جميع القوى في أن لها نقطة تطبيق point d’application واتجاهاً direction وشدة intensité. ويمكن تمثيلها بشعاع أو متّجهة يعتمد طولها على سلّم القياس المختار. إن تركيب قوتين يعني استبدال قوة وحيدة تسبب الفعل ذاته بهما؛ وتسمى القوى المكافئة محصِّلة résultante. وتُجمع القوى تماماً كما تجمع الأشعة. فمجموع قوتين متلاقيتين هو قطر متوازي الأضلاع الممثِّل لهما، كما يظهر في الشكل (1ـ أ)، وكذلك فإن محصلة قوتين متوازيتين في الحالة العامة هو قوة موازية، ويبين الشكلان (1ـ ب) و(1ـ جـ) ذلك، والشروط التي يجب أن تحققها النقطة A، نقطة تطبيق المحصلة F. وقد تتساوى شدتا القوتين F₁ و F₂، وتتعاكسان في الاتجاه (الشكل 1ـ د) فعندئذ تكون محصلة القوتين صفراً، ويتعذر عندها تحديد موضع نقطة التطبيق A، ويقال عندئذ: إن جملة القوتين تكافئ مزدوجة couple.

يسمى عزم القوى moment حول نقطة كما في الشكل (2) الجداء المتجه لهذه القوى ببعد النقطة عن حامل القوة. كما يعرّف عزم مزدوجة بأسلوب مماثل بالنسبة لأي نقطة. ويمثل العزم بمتجهة. ويمكن رد مجموعة قوى إلى قوة وحيدة مكافئة وإلى مزدوجة لها عزم يسمى عزماً محصّلاً moment résultant.

ينص قانون التحريك الأساسي في الميكانيك على أنه إذا خضع جسم كتلته m إلى قوة فإنه يكتسب تسارعاً ويكون. تقاس F في الجملة الدولية بالنيوتن، ويرمز له بـ N؛ وهو بالتعريف القوة التي إذا أثرت في كتلة مقدارها كيلوغرام واحد سببت تسارعاً قدره 1م/ثا2، ولا توجد تسمية لعزم المزدوجة، وإنما تقاس بواحدة هي جداء واحدة طول بواحدة قوة أي بواحدة نيوتن ـ متر.

قياس القوى

أ ـ مقاييس الأوزان: يمثل وزن أي جسم قوة؛ هي قوة الثقالة[ر]، أي قوة جذب الأرض للجسم، وهي قوة تسبب التسارع ذاته g لجميع الأجسام. وينتج من القانون الأساسي للتحريك أن جسماً كتلته m يخضع إلى قوة تساوي mg هي ثقله. ويمكن تحديد قيمة g بدقة فائقة بوساطة مقياس الثقالة gravimètre، كما يمكن تحديد الأوزان بمقارنتها بكتل عيارية معلومة باستخدام الموازين.

ب ـ مقاييس القوى dynamomètres: يستخدم في مقاييس القوى التشوُّه المرن الذي يخضع له جسم صلب، وهو تشوُّه تمكن معايرته؛ ليعطي القوى المطبقة، وذلك بفضل أوزان كتل معلومة. إن معرفة قيمة g في موقع المعايرة بدقة مطلوب بالطبع، بيد أنه يكفي عادة أن تعرف قيمة g بدقة مقبولة. ولدى خضوع مقياس القوى لقوة ما يحدث تشوه في المقياس يتناسب مع هذه القوة. ففي مقاييس القوى النابضية (الشكل 3) يتشوه النابض بفعل القوة المقيسة، فيمتط، أو ينكمش بحسب تصميم المقياس، ويقاس مقدار ذلك على سلَّم مدرَّج، ويتناسب مقدار الامتطاط أو الانكماش مع القوة المقيسة.

تستخدم في مقياس القوى الصفيحي صفيحة من الفولاذ بشكل الحرف V تنزلق نهايتاها على قوس دائرة. وتقرأ القوة المطبقة على إحدى النهايتين.

وفي مقاييس القوى الحَلَقية تستخدم قطعة وحيدة دائرية أو على هيئة قطع ناقص. وهنا يؤدي تطبيق القوة إلى تقلص في القطر الخاضع للتشوه، أو تباعد في القطر الآخر العمودي عليه، ومن ثم يمكن قراءة شدة القوة المطبقة على سلَّم مدرَّج ومعاير.

ج ـ قياس الضغط: إن تطبيق قوة F على مكبس مساحته S يحتوي على سائل يولد ضغطاً P على سطح السائل، يعطى بالعلاقة. يسمى مقياس القوى من هذا النوع مقياس القوى الهيدرولي، وهو يسمح بقياس قوى شدتها عالية جداً.

كما تسمح الإفادة من المفعول الكهرضغطي الذي تخضع له صفيحة من الكوارتز بقياس القوة المؤثرة فيها عن طريق قياس الشحنة أو فرق الكمون (الجهد الكهربائي) المتولِّد بين طرفيها.

قياس المزدوجات

مقياس الفتل: يتألف مقياس الفتل إما من سلك فتل أو من نوابض لولبية وذلك بحسب مقدار العزم المراد قياسه. وبالمثل يمكن تحقيق ذلك بوسائل ضوئية أو ميكانيكية أو كهربائية عديدة. ويبين الشكل (4) إحدى هذه الطرق. ويستخدم فيها مقياس تشوه jauge de contrainte مؤلف من أسلاك مقاومة. يُلصق مقياس التشوه هذا بحيث يصنع زاوية مقدارها 45ْ مع محور العمود؛ وبحيث يشكل جسر وطسطن غير حساس بتغيرات درجات الحرارة أو بالتشوهات الطولانية. ويوصل منبع التغذية وجهاز القراءة بالنقاط التي تخضع للانزلاق.

مكابح الامتصاص: تكبح هنا حركة المحرك المطلوب قياس عزمه بالاحتكاك الصلب، أو بالاحتكاك السائل، أو بتيارات فوكو، وتقاس القوة المطبقة على بعدٍ محدَّد والتي تؤدي إلى إيقاف المحرك عن الدوران. ويكون عزم المحرك مساوياً جداء هذه القوة ببعدها عن محور الدوران.

أحمد حصري

الموضوعات ذات الصلة:

 

الثقالة ـ المرونة.

 

مراجع للاستزادة:

 

- A. DÉRARD, Les Mesures physiques (P.U.F, coll. Que sais-je? 1947, 4e éd. ,avec la coll. de J.Terrien 1970).

---

- التصنيف : الكيمياء و الفيزياء - النوع : علوم - المجلد : المجلد الخامس عشر، طبعة 2006، دمشق - رقم الصفحة ضمن المجلد : 701 مشاركة :