تعریف تکیه گاه

دریافت فایل PDF مقاله برای اعضای VIP رایگان است. سایر کاربران با پرداخت ۵۰۰ تومان می توانند اقدام به دریافت این فایل کنند.

انواع تکیه گاه در تیرها

در یک سازه برای اینکه تحت تاثیر نیروهای خارجی وارد شده بر المان و یا وزن خود آن المان حرکت نکند لازم است تا توسط قیدهایی به زمین یا هر جسم دیگری متصل شود. به این قید تکیه گاه گفته تعریف تکیه گاه می شود. تکیه گاه بر اساس قیدی که در برابر حرکت به وجود می آورد به انواع مختلف تقسیم بندی می شود. در ادامه به معرفی انواع متداول تکیه گاه خواهیم پرداخت.

وظیفه ی اصلی سیستم های سازه ای انتقال نیروها از طریق مجموعه ای از المان ها به زمین است. این کار به وسیله ی طراحی اتصالات بین المان در محل تقاطع ها انجام می شود. هر اتصال به گونه ای طراحی می شود که بتواند نیروی خاص یا شرایط بارگذاری مشخصی را منتقل یا تحمل کند. تیرها در سیستم های سازه ای عناصر هستند که وظیفه ی اصلی آنها تحمل تنش های حاصل از نیروی برشی و لنگر خمشی ناشی از بارهای وارد بر آن و وزن خود تیر است.

در هنگام نمایش تیرها مهم است که توع تکیه گاه تیر نیز مشخص شده باشد. نقش تکیه گاه در تحلیل سازه بسیار حائز اهمیت است. در این مقاله ما به معرفی برخی از متداولترین تکیه گاه ها و علائم قراردادی مربوط به آنها خواهیم پرداخت.

تکیه گاه چیست؟

در یک سازه برای اینکه تحت تاثیر نیروهای خارجی وارد شده بر المان و یا وزن خود آن المان حرکت نکند لازم است تا توسط قیدهایی به زمین یا هر جسم دیگری متصل شود. به این قید تکیه گاه گفته می شود. تکیه گاه بر اساس قیدی که در برابر حرکت به وجود می آورد به انواع مختلف تقسیم بندی می شود. در ادامه به معرفی انواع متداول تکیه گاه خواهیم پرداخت.

تصویر شماره 1- تکیه گاه

انواع تکیه گاه در تیرها

تکیه گاه غلتکی

تکیه گاه های غلتکی (Rolled Support) می توانند به طور آزادانه در صفحه ای که غلتک در آن قرار گرفته است چرخش داشته باشند. این صفحه می تواند به صورت افقی، عمودی و یا با زاویه باشد. تکیه گاه های غلتکی معمولا در انتهای پل های بزرگ قرار داده می شوند تا بتوانند از به پل اجازه بدهند با تغییرات دمایی به راحتی منقبض یا منبسط شود. این نوع تکیه گاه نمی تواند در مقابل نیروهای جانبی مقاومتی ایجاد کند. معمولا به خاطر ایجاد پایداری بیشتر این تکیه گاه به همراه تکیه گاه گیردار به کار برده می شود.

تصویر شماره 2- تکیه گاه غلتکی در انتهای یک پل

از تیکه گاه های غلتکی در چارچوب تاورکرین در صنایع سنگین نیز استفاده می شود. این تکیه گاه به بازوی تاور کرین اجازه می دهد به راحتی به سمت چپ یا راست بچرخد اما از حرکت عمودی آن جلوگیری می کند. به این ترتیب می توان بارهای سنگین را به صورت افقی جابجا کرد.

تکیه گاه مفصلی

تکیه گاه مفصلی یا لولایی (Hinged Support) امکان حرکت در راستای عمودی و افقی را ندارد اما می تواند دوران داشته باشد. این تیکه گاه از تغییر مکان نقطه تکیه گاه در صفحه یا فضا جلوگیری می کند اما امکان دوران حول محور تکیه گاه را فراهم می سازد. از این نوع تکیه گاه در ساختار خرپاها بسیار استفاده می شود.

تصویر شماره 3 – نمونه تعریف تکیه گاه ای از تکیه گاه مفصلی

تکیه گاه گیردار

این نوع تکیه گاه سخت‌ترین در بین انواع مختلف تکیه گاه است. تکیه گیردار (Fixed Support) از حرکت نقطه تکیه گاهی در راستای افقی و عمودی جلوگیری می کند همچنین از دوران جسم حول نقطه تکیه گاهی نیز ممانعت به عمل می آورد. در واقع این تکیه گاه عضو را در همه جهت ها مهار میکند. از بهترین مثال ها برای تیکه گاه گیردار یک ستون است که درون بتن قرار گرفته است. این ستون امکان حرکت در راستای افقی و عمودی را ندارد. همچنین نمی تواند بچرخد. مهم ترین ویژگی این تکیه گاه عدم حرکت آن است اما همین مساله می تواند نقطه ضعف آن نیز به شمار بیاید زیرا در ساختمان لازم است تا کمی امکان تغییر شکل نیز وجود داشته باشد و المان ها بتوانند بازی کنند.

تصویر شماره 4 – تکیه گاه گیردار

تیکه گاه ساده

این نوع تکیه گاه مانند تکیه گاه غلتکی تنها نسبت به حرکت در راستای عمودی مقاومت دارد. در این نوع تکیه گاه، المان تنها بر روی یک سازه ی خارجی که قرار است نیرو به آن منتقل شود قرار داده می شود. از این نوع تکیه گاه در عمل چندان استفاده نمی شود چرا که المان ممکن است به راحتی از روی تکیه گاه بیفتد.

تکیه‌گاه (سازه)

برای این که یک تکیه‌گاه (به انگلیسی : Support ) می‌گویند.

تکیه‌گاه‌ها بر حسب قیدی که در مقابل حرکت به وجود می‌آورند، به انواع زیر دسته‌بندی می‌شوند:

تکیه‌گاه مفصلی ثابت (لولایی)

تکیه‌گاه مفصلی ثابت یا تکیه‌گاه لولایی (به انگلیسی : Hinged Support ) نوعی از تکیه‌گاه‌است که از تغییر مکان نقطهٔ تکیه‌گاهی (در فضا و یا در صفحه ) جلوگیری به عمل می‌آورد، ولی هیچ گونه مقاومتی در برابر دوران سازه، حول محورهای تکیه‌گاه ندارد. بنابر این چنانچه سازه‌ای به این نوع تکیه‌گاه متکی باشد، در مقابل چرخش آن حول محورهای پایه، هیچ گونه لنگر واکنشی ایجاد نمی‌شود و به علت محدود شدن سه امتداد حرکت در فضا و دو امتداد حرکت در صفحه، درحالت کلی سه مؤلفهٔ واکنش تکیه‌گاهی در فضا و در حالت خاص دو مؤلفهٔ واکنش تکیه‌گاهی در صفحه ایجاد می‌شود.

تکیه‌گاه مفصلی متحرک (غلتکی

تکیه‌گاه غلتکی (به انگلیسی : Roller Support ) یا تکیه‌گاه مفصلی متحرک (به انگلیسی : Movable Support ) کاملاً شبیه تکیه‌گاه لولایی است، با این تفاوت که نسبت به آن درجهٔ آزادی بیشتری دارد. این درجهٔ آزادی، همان حرکت پایه در امتداد حرکت غلتک‌هاست. در واقع در این نوع تکیه‌گاه‌ها تنها یک امتداد حرکت محدود می‌شود و در نتیجه واکنش تکیه‌گاهی ایجاد شده، در امتدادی است که از حرکت پایه در آن امتداد جلوگیری شده‌است. این واکنش تکیه‌گاهی، عمود بر امتداد قابل حرکت تکیه‌گاه‌است که از مرکز مفصل هم می‌گذرد.

تکیه‌گاه گیردار [ ویرایش ]

در صفحه، تکیه‌گاه گیردار (به انگلیسی : Fixed Support ) از حرکت نقطهٔ تکیه‌گاهی در امتداد محورهای x و y و همچنین از دوران جسم حول نقطهٔ تکیه‌گاهی جلوگیری می‌کند. بنابر این سه مؤلفهٔ واکنش تکیه‌گاهی در این نوع تکیه‌گاه ایجاد می‌شود.

تکیه‌گاه ارتجاعی (فنری) [ ویرایش ]

در تکیه‌گاه ارتجاعی یا تکیه‌گاه فنری (به انگلیسی : Elastaic Support )، واکنش‌های تکیه‌گاهی مؤثر به جسم، متناسب با سختی (قابلیت تغییر مکان و دوران) محیط تکیه‌گاهی در محل اتکا هستند. به عبارت دیگر اگر به جای تکیه‌گاه ساده، فنری با ضریب سختی K قرار داده شده و در محل اتکا تغییر مکانی برابر Δ در امتداد فنر ایجاد گردد، مقدار واکنش تکیه‌گاهی از رابطهٔ R=KΔ به دست می‌آید که در آن K ضریب ثابت فنر می‌باشد. به همین نحو اگر به جای تکیه‌گاه گیردار، سیستمی از فنرها با ضریب سختی K قرار داشته و چرخش و یا دوران معادل θ در محل تعریف تکیه گاه اتکا ایجاد گردد، مقدار کوپل مقاوم، از رابطهٔ M=Kθ به دست خواهد آمد.

تکیه‌گاه رابط (میله‌ای) [ ویرایش ]

تکیه‌گاه رابط یا تکیه‌گاه میله‌ای (به انگلیسی : Link Support )، نوعی تکیه‌گاه‌است که از یک میله تعریف تکیه گاه کوتاه که دو انتهای آن مفصل می‌باشد، تشکیل گردیده‌است. در نتیجه، واکنش تکیه‌گاه، نیرویی است که در امتداد محور میله باشد.

(supports) تکیه گاه ها

برای این که یک سازه تحت تاثیر نیروهای خارجی حرکت نکند

باید به زمین با هر جسم دیگری متصل گردد ، سازه توسط تکیه گاه ها به زمین یا … متصل میشود

اولین مرحله برای حل مسائل در تحلیل سازه و مقاومت مصالح به دست آوردن عکس العمل های تکیه گاهی می باشد

پس ابتدا تکیه گاه ها را معرفی میکنیم و نیروهایی که هر کدام میتوانند تحمل کنند ( وارد کنند ) را بررسی میکنیم

انواع تکیه گاه ها

1. تکیه گاه مفصلی ثابت یا لولایی
2. تکیه گاه مفصل متحرک یا غلطکی
3. تکیه گاه گیردار
4. تکیه گاه رابط یا میله ای
5. تکیه گاه های ارتجاعی یا فنری

( hinged support ) تکیه گاه مفصلی ثابت یا لولایی

تکیه گاه مفصلی ثابت یا لولایی

ویژگی های این نوع تکیه گاه:

از هر گونه تغییر مکان جلوگیری به عمل می آورد اما هیچ مقاوتی در برابر دوارن سازه نمیکند و راحت میتوان سازه را حول نقطه تکیه گاه چرخاند

( roller support )تکیه گاه مفصل متحرک یا غلطکی

تکیه گاه مفصل متحرک یا غلطکی

مثل تکیه گاه لولایی می ماند با این تفاوت که تنها نیروی عمودی وارد میکنید و در برابر نیروی افقی نیز مثل دوران مقاومتی ایجاد نمیکند

( fixed support ) تکیه گاه گیردار

تکیه گاه گیر دار

از هر گونه حرکتی جلوگیری میکند و اجازه حرکت سازه در هیچ جهتی را نمیدهد البته توجه داشته باشید در عمل تکیه گاه 100% گیردار نداریم

( link support ) تکیه گاه رابط یا میله ای

تکیه گاه رابط یا میله ای

این نوع تکیه گاه از یک قطعه کوتاه که دو انتهای آن مفصل ( لولا ) می باشد تشکیل گردیده است ، در نتیجه واکنش تکیه گاه نیروییاست که در امتداد محور قطعه می باشد.

( elastic support ) تکیه گاه ارتجاعی یا فنری

در این نوع تکیه گاه ها واکنش های تکیه گاهی به فنر بستگی دارد علاوه بر اعمال نیروی مخالف نیروی وارده مقداری نیز تغییر مکان خواهیم داشت که به ضریب سختی فنر بستگی خواهد داشت.

تکیه گاه ارتجاعی

و توجه به این نکته ضروری است که در سازه ها تکیه گاهی با عملکرد 100% نداریم و عکس العمل های تکیه گاهی با توجه به سختی هر تکیه گاه به دست می آید به این ترتیب برای به دست آوردن عکس العمل واقعی تکیه گاه باید به جای تکیه گاه ها فنر بگذاریم و بر اساس سختی هر فنر نیرو را به دست آوریم.

فنر و عکس العمل تکیه گاهی

فنر شماره 1 : جلوگیری از حرکت افقی

فنر شما 2 و 3 : تعریف تکیه گاه جلوگیری از حرکت عمودی

فنر شماره 4 : جلوگیری از دوران سازه در نقطه مورد نظر

نکته : در صورتی که سختی فنر ها بسیار زیاد باشد، تکیه گاه 100% می باشد و دیگر نیاز نیست بر اساس سختی هر تکیه گاه نیرو را پخش کنیم

نکته : به دلیل یچیدگی محاسبات و در اجرا ، از ندانشتن اطلاعات صحیح برای استفاده از فنر به جای تکیه گاه همیشه سختی فنر ها را 100% در نظر میگیریم

انواع تکیه گاه تیرها در مهندسی عمران – به زبان ساده

در بخش قبلی، به معرفی انواع تیر پرداختیم. در هنگام نمایش تیرها، تکیه‌گاه‌ها با یک سری علائم قراردادی رسم می‌شوند (مانند شکل‌های زیر). این علائم، نحوه عملکرد و محدودیت‌های اعمال شده بر روی تیر را نمایش می‌دهند. به این ترتیب، ماهیت نیروها و گشتاورهای موجود نیز مشخص خواهند شد. اگرچه، این علائم بیانگر محدودیت‌های فیزیکی و واقعی سازه نیستند. در این بخش، به معرفی برخی از متداول‌ترین انواع تکیه‌گاه‌ها و علائم قراردی مربوط به آن‌ها خواهیم پرداخت.

تیر یکسر گیردار

تیر ساده با انتهای آزاد

تکیه‌گاه غلتکی

تیر نمایش داده شده در شکل زیر بر روی یک دیواره بتنی قرار گرفته است. بر روی لبه پایینی تیر، یک سوراخ لوبیایی وجود دارد که اَنکِر بولت عبوری از آن باعث اتصال تیر به دیواره بتنی می‌شود. این اتصال از جابجایی عمودی تیر جلوگیری خواهد کرد اما مانع حرکت افقی آن نخواهد شد. علاوه بر این، محدودیت‌های به وجود آمده در برابر دوران محور طولی تیر، کوچک و قابل اغماض هستند. به همین دلیل، برای نمایش این نوع تکیه‌گاه معمولاً از تصویر یک غلتک استفاده شده و به آن «تکیه‌گاه غلتکی» (Roller Support) گفته می‌شود.

نمای واقعی و نمایش قراردادی تکیه‌گاه غلتکی در اتصال تیر بر روی دیوار

تکیه‌گاه لولایی

در مثال دوم، شکل زیر یک اتصال تیر به ستون را نمایش می‌دهد. در این حالت، لبه ستون از طریق پیچ و مهره به تیر اتصال می‌یابد. بر اساس فرضیات، این نوع تعریف تکیه گاه تکیه‌گاه نمی‌تواند در راستای افقی و عمودی جابجا شود اما به دلیل امکان خم شدن تیر و ستون، احتمال دوران آن وجود دارد. بنابراین، این نوع اتصال معمولاً به عنوان یک «تکیه‌گاه لولایی» (Pin Support) نمایش داده می‌شود.

نمای واقعی و نمایش قراردادی یک تکیه‌گاه لولایی در اتصال تیر به ستون

اتصال تیر به ستون در واقعیت

تکیه‌گاه گیردار

در مثال آخر، یک دیرک فلزی جوش‌خورده به یک صفحه نمایش داده شده است. این صفحه به وسیله پیچ و مهره به یک پایه بتنی تعبیه شده در عمق زمین وصل می‌شود. در این حالت، دیرک فلزی نمی‌تواند هیچ‌گونه حرکت انتقالی یا دورانی داشته باشد. به همین دلیل، نمایش آن توسط یک «تکیه‌گاه گیردار» (Fixed Support) صورت می‌گیرد.

نمای واقعی و نمایش قراردادی یک تکیه‌گاه گیردار در تیرک متصل به پایه بتنی

طراحی تیر

یکی از نکات مهم در طراحی‌های مهندسی، نمایش سازه‌های واقعی به وسیله مدل‌های ایدئال است (مانند مثال‌های بالا). این مدل‌ها باید به اندازه‌ای ساده باشند که فرآیند تحلیل ریاضی مسئله را تسهیل کنند. به علاوه، باید به اندازه‌ای پیچیده باشند که رفتار واقعی سازه را با دقت قابل قبولی نمایش دهند. البته باید توجه داشته باشید که تمام مدل‌ها بیانگر رفتار تقریبی سازه‌های واقعی هستند. به عنوان مثال، تکیه‌گاه‌های واقعی هیچ‌گاه به صورت کاملاً صلب نیستند و همیشه مقدار کمی حرکت انتقالی در تکیه‌گاه‌های لولایی و مقدار کمی دوران در تکیه‌گاه‌های گیردار وجود دارد. علاوه بر این، به دلیل صفر نبودن مقدار اصطکاک، همیشه مقدار کمی نیروی عکس‌العمل در برابر حرکت انتقالی تکیه‌گاه‌های غلتکی به وجود می‌آید. در اکثر مواقع (به خصوص در تیرهای معین استاتیکی)، ساده‌سازی شرایط واقعی تأثیر کمی بر روی نتایج تحلیل‌ها دارد. به همین دلیل، در این موارد می‌توان با اطمینان خاطر از خطای محاسبات صرف نظر کرد.

معمولاً اولین مرحله برای تحلیل یک تیر، مشخص کردن عکس‌العمل‌های تکیه‌گاهی است. در بخش بعدی، به بررسی نحوه تعیین عکس‌العمل‌های تکیه‌گاهی در تیرهای ساده، تیرهای یکسر گیردار و تیرهای ساده با انتهای آزاد خواهیم پرداخت.

امیدواریم این مقاله برایتان مفید واقع شده باشد. اگر به یادگیری موضوعات مشابه علاقه‌مند هستید، آموزش‌های زیر را به شما پیشنهاد می‌کنیم:

مقاله تحلیلی: انواع تکیه‌ گاه‌ های سازه‌‌ ای/ شرایط مرزی

تعریف شرایط مرزی در مدل، فارغ از اینکه از چه نرم‌افزاری استفاده می‌کنید، یکی از مهم‌ترین بخش‌های آماده‌سازی مدل در تحلیل است. تکیه‌گاه‌ها بخش مهمی از ساخت مدل هستند که با تعریف درست آن‌ها نتایج دقیق و مورد انتظار حاصل می‌شود. نمی‌توانیم تکیه‌گاه‌ها را نادیده بگیریم و یا بر مبنای حدسیات آن‌ها را تعیین کنیم زیرا شرایط تکیه‌گاهی متفاوت ممکن است منجر به رفتار غیرمنتظره سازه شود. برای تعریف تکیه‌گاه‌ها در سازه‌های فولادی باید از دیتیل آن آگاهی داشته باشیم. برای مثال تکیه‌گاه یک ستون در سازه‌های فولادی بسته به دیتیلی که در نظر گرفته‌شده، می‌تواند ساده یا گیردار باشد.

تکیه‌گاه گیردار

این صلب ترین نوع در بین تکیه‌گاه‌ها است. این تکیه‌گاه پیچش و حرکت عضو را در همه‌ جهت‌های طولی مهار می‌کند. این بدین معناست که عضو نمی‌تواند در هیچ جهتی حرکت یا دوران داشته باشد. بهترین مثال ستونی است که در بتن قرارگرفته است. این ستون نمی‌تواند بپیچد، دوران کند یا جابه‌جا شود. یک تکیه‌گاه گیردار در مدل سه بعدی، 6 درجه آزادی مهارشده دارد که سه تا از آن‌ها درجات آزادی انتقالی و سه مورد دیگر درجات آزادی دورانی در سه محور متعامد X،Y و Z هستند.

این تکیه‌گاه‌ها زمانی که فقط می‌توانید از یک تکیه‌گاه استفاده کنید، مفید هستند. تکیه‌گاه گیردار تمامی مهارهایی را که برای ایستایی ساختمان موردنیاز است، تامین می‌کند. این تنها نوع تکیه‌گاه است که برای طره‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرد.

بزرگ‌ترین ویژگی مثبت این نوع تکیه‌گاه می‌تواند نقطه‌ ضعف آن نیز باشد. گاهی نیاز است که ساختمان اندکی تغییر شکل دهد. برای مثال، بتن در حین افزایش مقاومت دچار انبساط می‌شود. پس این خیلی مهم است که تکیه‌گاه به‌درستی طراحی ‌شده باشد در غیر این صورت درز به وجود آمده در اثر انبساط، ممکن است منجر به کاهش دوام سازه شود.

تکیه‌گاه غلتکی

این تکیه‌گاه در جهت افقی آزاد است اما از حرکت آن در جهت عمودی جلوگیری شده است.

رایج‌ترین کاربرد این نوع تکیه‌گاه در پل‌ها است. به طور معمول در پل‌ها، تکیه‌گاه غلتکی در یک انتها اجرا می‌شود تا جابه‌جایی افقی و انبساط ناشی از تغییرات دمایی در نظر گرفته شود.

تکیه‌گاه غلتکی در مقابل نیروهای افقی مقاومت نمی‌کند. برای این کار سازه به تکیه‌گاه دیگری نیاز دارد تا جابه‌جایی افقی را محدود کند. برای اینکه سازه پایدار باشد، تکیه‌گاه غلتکی همراه با تکیه ساده استفاده می‌شود.

تکیه‌گاه ساده

تکیه‌گاه رایج مورد استفاده در مهندسی عمران، تکیه‌گاه ساده است. همانند مفصل، در این تکیه‌گاه دوران امکان‌پذیر است اما امکان حرکت وجود ندارد. این بدان معناست که با نیروهای افقی و قائم مقابله می‌‌کند اما خمش را نمی‌تواند تحمل کند.

تکیه‌گاه ساده به کرات در خرپاها مورد استفاده قرار می‌گیرد. بااتصال چند عضو توسط این نوع تکیه‌گاه، اعضا به یکدیگر فشار می‌اورند و به این شکل نیروی محوری در اعضا ایجاد می‌شود. مزیت این تکیه‌گاه این است که اعضا نیروهای خمشی داخلی ندارند در نتیجه فقط بر مینای نیروهای محوری طراحی می‌شوند.

تکیه‌گاه ساده نمی‌تواند به‌تنهایی سازه را نگه دارد زیرا سازه برای تحمل خمش حداقل به دو تکیه‌گاه نیاز است.

مفصل داخلی

مفصل‌های داخلی معمولا برای اتصال اعضا به یک نقطه مورد استفاده قرار می‌گیرند نه به عنوان تکیه‌گاه. در برخی موارد، عمدا کار گذاشته می‌شوند تا بار اضافی ناحیه ضعیف را بشکند (به عنوان فیوز عمل کند) و به سایر اعضای سازه‌ای آسیبی نرسد.

نوشته شده توسط تیم مترجمین موسسه 808

اگر دوست دارید به تیم مترجمین 808 بپیوندید، با ما تماس بگیرید.

دریافت فایل PDF مقاله برای اعضای VIP رایگان است. سایر کاربران با پرداخت ۵۰۰ تومان می توانند اقدام به دریافت این فایل کنند.

نیرو و تکیه گاه

این پروژه برای دانش آموزان کلاس های پنجم تا هشتم مناسب است.

مسئله: می خواهیم بدانیم که برای حرکت دادن یک اهرم در فواصل مختلف از تکیه گاه آن، چه مقدار نیرو لازم است؟

هدف این آزمایش این است که بفهمیم نیروی لازم برای حرکت دادن شی وقتی که نیرو به یک سمت از شی وارد می شود نسبت به وقتی که نیرو به مرکز تکیه گاه جسم وارد می شود بیشتر است یا کمتر؟

سوالات پروژه

اهرم چگونه کار می کند؟

یک شخص چگونه می تواند یک شی سنگین را راحت تر حرکت دهد؟

به طور متوسط یک شخص چه مقدار نیرو باید به اهرم وارد کند؟

اهرم ابزار ساده ای است که به ما کمک می کند تا بتوانیم اشیای خیلی سنگین را از زمین بلند کنیم. جاذبه ی زمین باعث می شود که ما بیشتر نیرو را صرف هل دادن شی کنیم تا بلند کردن آن.

هل دادن انتهای اهرم به ما این امکان را می دهد که با کم ترین نیرو اهرم شروع به کار کند.

رابطه بین فاصله تا تکیه گاه و نیروی لازم برای حرکت یک جسم را به دست آورید.

یعنی با تغییر فاصله از تکیه گاه و نیرو رابطه ی بین نیرو و فاصله را پیدا کنید. مهم است که بدانید با استفاده از چه روشی می توانید از اهرم کمک بگیرید.

در فیزیک این رابطه یک اصل است که دانشمندان با کمک آن وسایل زیادی برای آسان ساختن کارهای انسان ابداع کرده اند. مثلا در مورد درها، اگر دستگیره ی در را به سمت پایین فشار دهید در به راحتی باز می شود اما اگر نیرو را به سمت لولای در وارد کنید در باز نمی شود.

وسایل مورد نیاز

روش انجام آزمایش

تخته چوبی را روی تکیه گاه گذاشته و آن را روی نقطه تکیه گاهش متعادل کنید طوری که تخته چوبی بدون حرکت باشد و هیچ حرکت پایین و بالا نداشته باشد. با مداد نقطه تکیه گاه آن را علامت بزنید. به طوری که اگر آن را برداشتید نقطه تکیه گاه آن را به راحتی پیدا کنید.

شی را در انتهای تخته چوبی بگذارید و آن را تا پایان آزمایش آن جا نگه دارید. چه مقدار وزنه لازم است تا در انتهای دیگر تخته بگذارید تا دوباره متعادل شود؟

نتیجه را در جدول زیر یادداشت کنید.

حال شی را از انتهای تخته برداشته و آن را به فاصله یک چهارم از مرکز تکیه گاه بگذارید، سپس با گذاشتن وزنه در انتهای دیگر تخته چوبی سعی کنید که تخته متعادل شود، چه مقدار وزنه لازم بود؟ آن رادر جدول زیر بنویسید.

این کار را برای فاصله های یک دوم از تکیه گاه و سه چهارم آن نیز تکرار کنید و نتایج را در جدول یادداشت کنید.

حال کل مراحل فوق را برای شی با وزن های دیگر تکرار کنید. مثلا اگر بار اول شی 100 گرمی استفاده کرده اید، بارهای بعدی شی 200، 300 و 400 گرمی بردارید و مقدار وزنه موردنیاز برای متعادل کردن تخته چوبی برای فاصله های لبه ی انتهایی تخته، یک چهارم تکیکه گاه، یک دوم تکیه گاه و سه چهارم تکیه گاه انجام دهید. و نتایج را در جدول زیر یادداشت کنید.

چه رابطه ای بین وزنه و فاصله از تکیه گاه به دست آورده اید؟

حتما به این نتیجه رسیده اید که

برای یک فاصله معین از تکیه گاه به همان نسبتی که وزن شی بیشتر شده ( مثلا 200 گرمی نسبت به 100 گرمی 2 برابر شده) وزنه بیشتری نیز برای متعادل کردن تخته نیاز داریم.

هر چه به تکیه گاه نزدیک می شویم (فاصله سه چهارم تکیه گاه) چه تغییری در مقدار وزنه مورد نیاز برای تعریف تکیه گاه متعادل کردن تخته حاصل می شود؟ آیا روند این تغییر برای شی ها با وزن های مختلف یکسان است؟

سه چهارم فاصله تا تکیه گاه

بخش پروژه های دانش آموزی تبیان - تهیه و تنظیم: فاطمه گودرزی