استخدم المهندسون القدماء منذ آلاف السنين البكرات للمساعدة في بناء الهياكل الضخمة، مثل قنوات المياه والآثار وحتى الأهرامات. واليوم ما زلنا نستخدم البكرات لأداء مجموعة متنوعة من المهام اليومية المفيدة. البكرة آلة بسيطة تساعدنا على رفع الأشياء الثقيلة (عجلة ذات أخدود يمر عبره حبل أو كابل). تُستخدم عدة بكرات غالبًا معًا في أنظمة الرفع لتسهيل عملية الرفع بشكل كبير، لأنها تقلل من قوة السحب.


البكرة بشكلها البسيط: عجلة ذات أخدود يمر عبره حبل أو كابل


أنظمة البكرات للآلات الرومانية بواسطة فيتروفيو كما أعاد سيزاريانو النظر فيها في عام 1521


تأتي البكرات بأنواع مختلفة، كل منها مصمم لمهمة محددة:

البكرة الثابتة
البكرة الثابتة هي بكرة ثابتة في مكانها، كأن تكون معلقة في سقف أو حائط. عندما يُمرر الحبل فيها، لا تتحرك البكرة مع الحمل، بل تبقى في مكانها. فائدتها هي تغيير اتجاه القوة فقط، فعند سحب الحبل للأسفل، يتحرك الشيء للأعلى. هذه الطريقة تجعل الرفع أسهل من الناحية العملية، لكنها لا تقلل من وزن الشيء الذي يتم رفعه.




البكرة المتحركة
البكرة المتحركة لها محور يتحرك بحرية. تتحرك لأعلى ولأسفل مع الجسم الذي ترفعه. هذا النوع يساعد على تقليل القوة التي يحتاجها الشخص لرفع الشيء. فعند استخدام بكرة متحركة، يشعر الشخص أن الوزن أخف، لأن البكرة تضاعف القوة المبذولة. تستخدم هذه البكرات غالبًا في مواقع البناء أو في الأنظمة التي تحتاج إلى رفع أشياء ثقيلة بسهولة.




البكرات المركبة
يجمع نظام البكرات المركبة بين البكرات الثابتة والمتحركة. باستخدام النوعين معًا، يمكنك تحقيق فائدة ميكانيكية أكبر، مما يُمكّنك من رفع أجسام ثقيلة للغاية بجهد أقل.كلما زاد عدد البكرات في نظام البكرات المركبة، زادت الفائدة الميكانيكية، وقلّ الجهد الذي نحتاجه.




تعرَّف في هذا الصندوق -من برق- على البكرات عن كثب، وقم بصناعة رافعة خشبية باستخدامها. قم كذلك بالتعديل على رافعتك لتصبح أفضل وأفضل!

ما هي الفائدة الميكانيكية - Mechanical Advantage؟

الفائدة الميكانيكية هي مقياس يُخبرنا كم تبدو الأشياء "أخف" عند استخدام أداة مثل البكرة مثلاً.
عندما نستخدم بكرة ثابتة، لا يقل وزن الشيء، لكنها تساعدنا في تغيير اتجاه السحب. أي أن البكرة الثابتة لا تضاعف القوة، بل تسهّل طريقة السحب فقط. (البكرة الثابتة لا تمنح فائدة ميكانيكية).
البكرة المتحركة تجعل رفع الشيء أسهل، كأن وزنه أصبح نصف ما هو عليه. يعني أننا نحتاج إلى نصف القوة فقط لرفع نفس الوزن (البكرة المتحركة تمنح فائدة ميكانيكية).
عندما نستخدم بكرتين أو أكثر (بكرة مركبة)، نحصل على فائدة ميكانيكية أكبر. وكلما زدنا عدد البكرات، أصبحت المهمة أسهل، وقلّ الجهد الذي نحتاجه (البكرة المركبة تمنح فائدة ميكانيكية).
مثالاً: إذا احتجت 100 نيوتن من القوة لرفع صندوق:
-باستخدام بكرة ثابتة فقط، ستحتاج 100 نيوتن.
-باستخدام بكرة متحركة، تحتاج فقط 50 نيوتن.
-باستخدام بكرة مركبة فيها 4 بكرات، قد تحتاج فقط 25 نيوتن!

ولهذا السبب تُستخدم البكرات كثيرًا في الرافعات والمصاعد وبعض الألعاب والأجهزة. لكن هذا لا يعني أن البكرة الثابتة لا تساعدنا، فهي قد لا تقلل من الجهد الذي نحتاجه لرفع الجسم، لكنها تساعدنا بتغيير اتجاه القوة. بدلًا من أن نرفع الحمل إلى الأعلى مباشرة، يمكننا سحب الحبل إلى الأسفل، وهذا يسهل علينا العملية، فمثالاً: عند رفع دلو ماء باستخدام بكرة ثابتة، نسحب الحبل نحو الأسفل، فيرتفع الدلو للأعلى. وهو أسهل من محاولة رفعه بأيدينا للأعلى مباشرة.