ابدأ بفكرة واضحة. الآلة البسيطة للأطفال تعني جهازًا أساسيًا يغير القوة. إنها تساعد في الرفع أو السحب أو التحريك ليكون أسهل وأذكى. الآلات الستة الكلاسيكية هي الرافعة، العجلة والمحور، البكرة، المستوى المائل، الإسفين، والبرغي. في الواقع، هذه الآلات البسيطة الستة الكلاسيكية معترف بها على نطاق واسع في الهندسة والفيزياء، كما أشارت ناسا.
ما هي الآلة البسيطة
بكلمات بسيطة، الآلة البسيطة تغير اتجاه أو حجم القوة. لذا القليل من الجهد والمزيد من الذكاء يقوم بالمهمة. الأطفال يحبون رؤية الأدوات اليومية تتصرف كأنها مساعدين صغار. يتم حساب الفائدة الميكانيكية (MA) للآلة البسيطة كنسبة القوة الناتجة إلى القوة المدخلة؛ على سبيل المثال، في الرافعة المثالية، MA تساوي نسبة أطوال ذراع الجهد إلى ذراع المقاومة، وهو أمر حاسم لفهم كيفية عمل هذه الآلات وتقليل الجهد. تم شرح هذا المفهوم بالتفصيل بواسطة OpenStax.
تعرف على الآلات البسيطة الستة
إليك الآلات البسيطة الستة، موضحة ببساطة ومرح.
- الرافعة. قضيب صلب يدور حول نقطة ارتكاز. حرك نقطة الارتكاز وستغير مدى صعوبة الدفع. فكر في الأرجوحات، الملاقط، وعربات اليد.
- العجلة والمحور. عجلة كبيرة تدور محورًا أصغر تضاعف الحركة. تخيل مقابض الأبواب والعربات المتدحرجة.
- البكرة. حبل فوق عجلة. المزيد من قطع الحبل يعني جهدًا أقل. في الواقع، في أنظمة البكرة المركبة، الفائدة الميكانيكية المثالية تساوي عدد قطع الحبل الداعمة؛ على سبيل المثال، نظام بثلاث بكرات متحركة (ستة خيوط داعمة) لديه IMA = 6، مما يعني أن القوة المطلوبة هي 1/6 من الحمولة، كما وصفته أكاديمية خان.
- المستوى المائل. منحدر يستبدل القوة بالمسافة. استخدم البناؤون المنحدرات لتحريك الحجارة الثقيلة منذ زمن بعيد.
- الإسفين. منحدر متحرك يفصل الأشياء. السكاكين والفؤوس هي إسفين في العمل.
- البرغي. منحدر حلزوني. قم بتدويره للرفع أو التثبيت. أغطية الجرار والمسامير تتصرف بهذه الطريقة.
كلمات مفتاحية يجب معرفتها عن الآلة البسيطة للأطفال
استخدم كلمات ملموسة للتعليم والاستكشاف. الجهد هو الدفع الذي تعطيه. الحمولة هي ما تريد تحريكه. نقطة الارتكاز هي نقطة الدوران. الفائدة الميكانيكية تظهر مدى سهولة الآلة في جعل المهمة. فهم كفاءة الآلات مهم أيضًا. يتم حسابها كنسبة الفائدة الميكانيكية الفعلية إلى الفائدة الميكانيكية المثالية مضروبة في 100. على سبيل المثال، إذا كان IMA = 5 و AMA = 4، فإن الكفاءة = (4 / 5) × 100% = 80%، مما يبرز أداء الآلات البسيطة وفعاليتها، كما ناقشها OpenStax.
ثلاثة بناءات سريعة لمدة عشر دقائق
اضبط مؤقتًا لمدة عشر دقائق. اجعل الأمور خفيفة وآمنة ومليئة بالضحكات.
اختبار الرافعة
المواد: مسطرة، ممحاة، لعبة صغيرة. ضع الممحاة تحت المسطرة كنقطة ارتكاز. حاول رفع اللعبة. بعد ذلك، حرك نقطة الارتكاز أقرب إلى الحمولة. لاحظ أي وضعية تبدو أسهل.
تشغيل المنحدر
المواد: كتاب ذو غلاف صلب، لوح أو كرتون، سيارة لعبة. اصنع منحدرًا ودحرج السيارة. جرب منحدرات مختلفة. ثم اسأل أي منحدر يحتاج إلى دفع أقل.
بكرة صغيرة
المواد: بكرة أو عجلة صغيرة، خيط، كوب، جسم خفيف. لف الخيط فوق العجلة واسحب للرفع. احسب عدد قطع الحبل التي تدعم الكوب. راقب عن كثب.
السلامة وتاريخ قصير
السلامة أولاً. استخدم حمولات خفيفة. لا تستخدم الأدوات الحادة بدون مساعدة الكبار. تجنب الأجزاء الصغيرة التي قد تسبب الاختناق للأطفال الصغار. حافظ على الأصابع بعيدًا عند اختبار الأوتاد والبراغي.
تاريخ سريع. يعود مفهوم الآلات البسيطة إلى اليونان القديمة، حيث درس أرخميدس (حوالي 287-212 قبل الميلاد) الرافعة والبكرة والبرغي، واكتشف مبدأ الفائدة الميكانيكية في الرافعة، مما يوضح أهميتها الطويلة الأمد في الهندسة والفيزياء كما هو مذكور في ويكيبيديا. استخدم البناؤون القدماء المنحدرات والرافعات لتحريك الحجارة العملاقة. كتب أرخميدس عن الرافعة. درس جاليليو المستويات المائلة والحركة. شكلت هذه الأفكار العديد من الأدوات التي نستخدمها اليوم.
لماذا تهم الآلة البسيطة للأطفال
اللعب العملي يبني الفهم البدني حول القوى. يتعلم الأطفال الكلمات، يقيسون التغيير، يتوقعون النتائج، ويختبرون الأفكار. الآلات المركبة تجمع الأجزاء. على سبيل المثال، المقصات هي رافعات بالإضافة إلى إسفين. الدراجات تمزج بين العجلات والمحاور والرافعات.
جرب هذه الأسئلة
- ماذا تغير عندما حركنا نقطة الارتكاز؟
- هل شعرت بأنه أسهل؟ أين كانت الحمولة؟
- كم عدد قطع الحبل التي دعمت الكوب؟
اقرأ أو استمع إلى قصة عن الآلة البسيطة الآن: للأطفال من 3-5 سنوات، للأطفال من 6-8 سنوات، للأطفال من 8-10 سنوات، وللأطفال من 10-12 سنة.
أخيرًا، ابحث عن صفحة مفهوم الآلة البسيطة الكاملة على Storypie لمزيد من الموارد والقصص. قم بزيارة Storypie للاستكشاف والاستماع.
