قال أحد المشاهير اليونانيين القدماء ذات مرة،
أعطني مكانًا أستطيع الوقوف فيه وسوف أحرك الأرض
ولكن هذه لم تكن بعض الإدعائات الخرافية لتحقيق شيء مستحيل.
هذه نظرية أرشميدس الرياضية
والتي تصف أساسيات مبدأ الرافعة.
فكرة أن الشخص يستطيع أن يحرك مقدار أكبر بكثير من وزنه
تبدو كأنها مثل السحر،
ولكن الحقيقة أنك تراها كل يوم في الحياة.
ومن أفضل الأمثلة التي تستطيع أن تدركها
من ألعاب الطفولة:
الأرجوحة.
لنفرض أنك أنت وصديقك قررتما أن تركباها.
إذا كان وزنكما متساويان،
يمكنك أن تتأرجح من الأعلى إلى الأسفل بسهولة.
ولكن ماذا يحدث إذا كان وزن صديقك أكبر من وزنك؟
سوف تعلق في الهواء في الأعلى.
لحسن الحظ أنت على الأغلب تعلم مايجب فعله.
قم بالتراجع وستنزل إلى الأسفل.
هذا يبدو سهل وبديهي،
ولكن ماتفعله في الحقيقة، هو إنك ترفع الوزن عن طريق الرافعة
غير ذلك فأنت لن تستطيع حمله.
هذه الرافعة هي إحدى الأنواع المسماة بالآلات البسيطة،
جهاز بسيط تستطيع من خلاله تقليل كمية الطاقة اللازمة للعملية
وذلك بتطبيق قانون أساسي في الفيزياء.
لنلقي نظرة عن كيفية عملها.
كل رافعة تتألف من ثلاث مكونات أساسية:
ذراع الجهد، وذراع المقاومة، ونقطة الارتكاز.
في هذه الحالة وزنك هو الجهد المطبق،
في حال أن وزن صديقك هو القوة المقاومة.
ما اكتشفه أرشميدس هو إنه هناك ثلاث علاقات مهمة
بين مقادير تلك الجهود المطبقة وبين بعدها عن نقطة الارتكاز.
الرافعة تكون متوازنة عندما
يكون الجهد المطبق وطول زراع الجهد المطبق
تساوي جهد المقاومة وزراع جهد المقاومة.
هذه تعتمد عل إحدى النظريات الأساسية في الفيزياء،
والتي تنص أن العمل يقاس بالجول ويساوي القوة المطبقة ضرب الزراع.
الرافعة لا تستطيع تقليل العمل اللازم لرفع ثقل معين،
ولكن نستطيع المساومة.
من خلال زيادة طول الزراع نستطيع تقليل الجهد المطبق.
بدلًا من أن تحمل الوزن بشكل مباشر،
الرافعة تقوم بتسهيل المهمة بتفريق الوزن
بين زراع الجهد المطبق وزراع المقاومة.
فإذا كان وزن صديقك ضعفي وزنك،
يجب عليك أن تجلس أبعد بمرتين منه من المركز لكي تستطيع حمله.
وإذا كانت شقيقته تملك وزن ربع وزنك،
ستستطيع حملك بالجلوس أبعد منك بأربع مرات.
قد تكون الأرجوحة ممتعة، لكن الفوائد التي نحصل عليها باستخدامها
أكثر إثارة ودهشة من ذلك.
باستخدام رافعة كبيرة تستطيع حمل أشياء ثقيلة بالفعل.
شخص يزن 150 باوند أي 68 كيلوجرام،
يستطيع حمل سيارة صغيرة باستخدام ذراع طوله 3.7 متر،
أو 10 متر لرفع كتلة وزنها 2.5 طن،
مثل الذراع التي استخدمت في بناء الأهرامات.
إذا كنت تريد رفع برج إيفل، سوف تحتاج لذراع طويلة جدًا،
حوالي 40.6 كيلو متر.
ماذا عن مقولة أرشميدس الشهيرة؟
بالتأكيد، نظريًا هذا الكلام صحيح.
وزن الأرض 6 × 10^24 كيلو جرام،
والقمر يبعد حوالي 384.400 كيلو متر
والذي يمكن أن يكون نقطة ارتكاز ممتازة.
لذا كل ماتحتاجه لرفع الأرض
رافعة طولها حوالي ترليون سنة ضوئية،
1.5 بليوون ضعف بعد مجرة أندروميدا.
وبالطبع مكان لتستطيع الوقوف عليه.
إذًا مجرد آلة بسيطة،
العتلة تستطيع عمل كثير من الأشياء الرائعة.
والمبدأ الرئيسي للرافعة وبعض الآلات البسيطة
موجودة حولنا في كل الأماكن
لذلك نحن وبعض الحيوانات زادت فرصتنا للنجاة،
أو لتجعل حياتنا بسيطة.
في النهاية، المبادئ الرياضية وراء هذه الآلات
تجعل عالمنا يستمر.