یک ضرب المثل قدیمی یونانی میگوید:
"به من جایی بده تا بایستم تا دنیا را تکان دهم ."
اما این ادعای غیر ممکن را یک جادوگر نکرده بود.
بلکه آن شخص, ارشمیدس (ریاضی دان یونانی) بود
که اساسات ابتدایی کارکرد اهرم را توضیح میداد
ایده حرکت یک حجم عظیمی توسط نیروی انسان
شاید یک جادو به نظر برسد
اما ممکن است شما هر روزه این واقعیت را ببینید
یکی از بهترین مثالهای روزمره که شاید در
در دوران کودکی در زمین بازی تجربه اش کرده باشید
"الاکلنگ" (وسیله بازی در پارک) است
فرض کنیم شما و دوستتان سوار الاکلنگ شدید
اگر وزن هر دوی شما تقریبا یکسان باشد
به راحتی میتوانید با الاکلنگ بازی کنید
اما اگر وزن دوستتان بیشتر باشد چه رخ میدهد؟
شما در بالای الاکلنگ باقی خواهید ماند
خوشبختانه, شما احتمالا راه حل را میدانید
کمی به عقب خم شوید, الاکلنگ به پایین حرکت میکند
ممکن است این راه حل ساده و مبتکرانه به نظر برسد
اما در حقیقت, شما از حربه "اهرم" برای حرکت دادن وزنی
استفاده کردید که سنگین بود.
"اهرم" یکی از انواع چیزهایی است که امروزه "ماشینهای ساده" خطاب میکنیم .
وسایل ساده ایی که مقدار انرژی مورد نیاز برای
انجام یک کار را با پیاده کردن قوانین پایه ای فیزیک به طورهوشمندانه کم میکنند
بیایید ببینیم اینکار چگونه صورت میگیرد
هر "اهرم" سه جزء اصلی دارد
بازوی محرکه, بازوی مقاوم و نقطه اتکا
در این مثال, نیروی محرکه وزن شماست
و وزن دوست شما نیروی مقاوم است
چیزی که ارشمیدس به آن دست یافت رابطه بین
مقدار این نیروها و فاصله شان از نقطه اتکا بود.
اهرم وقتی در حالت تعادل قراردارد
که حاصلضرب مقدار نیروی محرکه و طول آن
از مرکز با حاصلضرب نیروی مقاوم و طول آن از مرکز برابر باشد
این موضوع به یکی ازپایه ای ترین قواعد فیزیک وابسته است.
که مقدار کار انجام شده (ژول) برابر با نیروی اعمال شده بر طول یک فاصله است
یک اهرم نمیتواند مقدارکار مورد نیاز برای بلند کردن چیزی را کم کند
بلکه در عوض جایگزینی مناسب را برایتان مهیا میکند
فاصله را بیشتر کنیدودرعوض نیروی کمترمصرف کنید
به جای بلند کردن جسم به صورت مستقیم
اهرم این کار را با توزیع کردن نیرو بر روی
فاصله بین مرکز و نقطه نیروی مقاوم انجام میدهد.
پس اگر وزن دوست شما دوبرابر شما باشد
باید فاصله تان از تکیه گاه دوبرابر فاصله او از تکیه گاه باشد
همینطور اگر خواهر کوچکش یک چهارم شما وزن داشته باشد
میتواند با چهار برابر دور بودن از مرکز شما را بلند کند
الاکلنگ شاید جالب باشد, اما مفهوم و یافتن راههای
استفاده از اهرم در جاهای مختلف جذاب تر است
با یک اهرم بزرگ میتوانید اشیا خیلی سنگین را بلند کنید
یک شخص با وزن ۶۸ کیلوگرم میتواند
با یک اهرم ۳/۷ متری یک ماشین را بلند کند.
یا با یک اهرم ۱۰ متری یک سنگ ۲/۵ تنی را
مثل اهرمی که برای ساخت اهرام استفاده شد
اگربخواهید برج ایفل را بلند کنید نیاز به اهرم بلندتری دارید
که در حدود ۴۰/۶ کیلومتر طولش باشد.
نظرتان در مورد ادعای ارشمیدس چیست؟
البته که به طور فرضی قابل انجام است.
وزن زمین ۲۴^۶x۱۰ کیلوگرم است.
و ماه که با زمین ۳۸۴٫۴۰۰ کیلومترفاصله دارد میتواند
حکم نقطه اتکای الاکلنگ را بازی کند.
و تنها چیزی که شما برای بلند کردن زمین نیاز
دارید یک اهرم به طول ۱۰۰ هزار هزار میلیارد کیلومتر است.
که ۱/۵ میلیارد برابر فاصله بین ما و کهکشان اندرومیدا است.
و البته جایی هم برای شما که روی آن اهرم بایستید.
پس، اهرم به عنوان یک چنین ماشین ساده ایی
قابلیت انجام کارهای عظیمی را دارد.
و اساسات ابتدایی اهرم و دیگر ماشینهای ساده در
اطراف ما در ابزار ها و دستگاه های مختلف قابل مشاهده است
که ما و حتی بعضی دیگراز جانوران برای افزایش شانس زنده ماندن یا آسان کردن
زندگی برای خود از آن استفاده میکنیم .
از همه اینها گذشته، این اصول ریاضی پشت سر ابزارها است که
دنیای ما را به حرکت در می آورد.