ثقل موازن

الثقل الموازن هو وزن يُستخدم، بتطبيق قوة معاكسة، لتوفير التوازن والاستقرار للنظام الميكانيكي . ^{[ 1 ]} يهدف الثقل الموازن إلى جعل رفع الحمل أسرع وأكثر كفاءة، مما يوفر الطاقة ويقلل من تآكل آلة الرفع. ^{[ 2 ]}

تُستخدم الأثقال الموازنة غالبًا في المصاعد ، والرافعات ، وألعاب الملاهي . في هذه التطبيقات، يجب أن يساوي حاصل ضرب الحمل المتوقع في المسافة التي سيفصلها هذا الحمل عن الدعامة المركزية (وتُسمى "نقطة الانقلاب") كتلة الثقل الموازن مضروبة في المسافة بينه وبين نقطة الانقلاب، وذلك لمنع اختلال التوازن في أي من الجانبين. يُطلق على حاصل ضرب هذه المسافة في الكتلة اسم عزم الحمل . ^{[ 3 ]}

وبالتالي، فإن قوة التوازن تعادل أو تعاكس قوة أخرى، كما هو الحال عندما يعمل جسمان متساويان في الوزن أو القوة أو التأثير في مواجهة بعضهما البعض.

المنجنيق

يتكون المنجنيق من خمسة مكونات رئيسية: العارضة، والثقل الموازن، والإطار، وقناة التوجيه، والحبل. بعد سقوط الثقل الموازن من منصة على الإطار، تسحبه الجاذبية وتُدير العارضة. وبدون الثقل الموازن، لا تستطيع العارضة إكمال المسار الذي يسمح للحبل بإطلاق المقذوف بدقة. ^{[ 4 ] [ 5 ]}

عمود المرفق

يُستخدم الثقل الموازن أيضًا في العديد من الأنظمة الدوارة لتقليل الاهتزازات الناتجة عن عدم التوازن في مجموعة الدوران. ومن الأمثلة الشائعة على ذلك الأثقال الموازنة على أعمدة المرفق في محركات المكابس . ^{[ 6 ]}

مصباح مكتبي

بعض مصابيح الذراع المتوازنة تعمل بثقل موازن للحفاظ على الذراع والمصباح في الوضع المطلوب.

الأثقال الموازنة في الهندسة المعمارية

يستخدم مركز راتنر الرياضي الذي صممه سيزار بيلي الكابلات والأعمدة والأثقال الموازنة تحت الأرض كهيكل داعم لتحمل الأحمال.

استخدم برج بيزا المائل أثقالاً خارجية لموازنة الهيكل الذي كان ينهار تدريجياً.

مصعد

في المصاعد التي تعمل بالجر (غير الهيدروليكية)، يُوازن ثقلٌ كبيرٌ حمولةَ عربة المصعد، مما يُقلل من الحمل الذي يتحمله المحرك (وتحديدًا، يُمثل الثقل وزن العربة بالإضافة إلى 40-50% من حمولتها المُقدرة). كما يزيد الثقل من قوة التسارع الصاعدة ويُقلل من قوة التسارع الهابطة، مما يُخفض الطاقة اللازمة للمحرك. تحتوي كلٌ من عربة المصعد والثقل على عجلاتٍ تتحرك على قضبانٍ لمنع الحركة غير المنتظمة وتوفير تجربة ركوب أكثر سلاسة للركاب. ^{[ 7 ]}

مصعد فضائي

هيكل مقترح مصمم لنقل المواد من سطح جرم سماوي إلى الفضاء. طُرحت العديد من التصاميم، لكن المفهوم يشير في الغالب إلى مصعد يمتد من سطح الأرض إلى الفضاء الخارجي الثابت بالنسبة للأرض ، مع وجود ثقل موازن مثبت في طرفه الخارجي. يضمن تثبيت الثقل الموازن في النهاية بقاء الكابل مشدودًا بفعل قوة الطرد المركزي الناتجة عن دوران الأرض، مما يقاوم قوة الجاذبية على الأجزاء السفلية، وبالتالي يسمح للمصعد بالبقاء في وضع مستقيم. يمكن أن يتخذ الثقل الموازن نفسه أحد الأشكال التالية:

1. كويكب ثقيل تم أسره ؛
2. حوض فضائي أو محطة فضائية أو ميناء فضائي يقع خارج المدار الثابت بالنسبة للأرض؛ أو
3. امتداد للكابل نفسه إلى ما هو أبعد من المدار الثابت بالنسبة للأرض.

المترونوم : يحتوي المترونوم الميكانيكي ذو الزنبرك على ثقل قابل للتعديل وآلية زنبركية تسمح بضبط السرعة عن طريق وضع الثقل على المحور. يتم تقليل سرعة الإيقاع بتحريك الثقل إلى علامة أعلى على المحور أو زيادتها بتحريكه إلى علامة أقل.

رافعة

رافعة البرج (انظر الصورة) هي شكل حديث من رافعات التوازن المثبتة على الأرض. يتم موازنة ذراع أفقي بشكل غير متماثل عبر قمة البرج. يحمل الذراع الطويل معدات الرفع، بينما يُسمى الذراع القصير ذراع الآلات؛ وهو يحمل المحركات والإلكترونيات اللازمة لتشغيل الرافعة، بالإضافة إلى الأثقال الخرسانية الموازنة. ^{[ 8 ]}

ومن الأمثلة الأخرى ما يلي:

• جسر الرفع العمودي
• جسر متحرك
• جسر متحرك
• رافعة شوكية

• ميزان الملكة آن
• نظام الدفع بتوازن الماء

• الوسائط المتعلقة بالأثقال الموازنة على ويكيميديا ​​كومنز