إسفين

تحتاج هذه المقالة إلى مصادر إضافية للتحقق . يُرجى المساعدة في تحسين هذه المقالة بإضافة مصادر موثوقة . قد يتم الطعن في المواد غير الموثقة وإزالتها. البحث عن المصادر:  "Wedge" – الأخبار  · الصحف  · الكتب  · العلماء  · JSTOR ( مارس 2021 ) ( تعرف على كيفية ومتى تزيل هذه الرسالة )

الإسفين هو أداة على شكل مثلث ، ومستوى مائل محمول ، وواحد من الآلات البسيطة الستة . يمكن استخدامه لفصل جسمين أو جزأين من جسم، أو رفع جسم، أو تثبيت جسم في مكانه. يعمل عن طريق تحويل القوة المطبقة على نهايته الحادة إلى قوى عمودية ( عمودية ) على أسطحه المائلة. الميزة الميكانيكية للإسفين تعطى بنسبة طول ميله إلى عرضه. ^{[1] [2]} على الرغم من أن الإسفين القصير بزاوية واسعة قد يؤدي المهمة بشكل أسرع، إلا أنه يتطلب قوة أكبر من الإسفين الطويل بزاوية ضيقة.

يتم تطبيق القوة على سطح مستوٍ وعريض. تنتقل هذه الطاقة إلى الطرف المدبب والحاد للإسفين، وبالتالي تنتقل القوة.

ينقل الإسفين ببساطة الطاقة في شكل احتكاك ويجمعها إلى الطرف المدبب، مما يؤدي إلى كسر العنصر.

كانت الأوتاد موجودة منذ آلاف السنين. كانت مصنوعة في البداية من الحجر البسيط. ربما كان أول مثال على الإسفين هو الفأس اليدوي (انظر أيضًا Olorgesailie )، والذي يتم تصنيعه عن طريق تقطيع الحجر، وعادةً ما يكون الصوان ، لتشكيل حافة ثنائية الوجه، أو إسفين. الإسفين هو آلة بسيطة تحول القوة الجانبية وحركة الأداة إلى قوة تقسيم عرضية وحركة لقطعة العمل. تكون القوة المتاحة محدودة بجهد الشخص الذي يستخدم الأداة، ولكن لأن القوة هي حاصل ضرب القوة والحركة، فإن الإسفين يضخم القوة عن طريق تقليل الحركة. هذا التضخيم، أو الميزة الميكانيكية، هو نسبة سرعة الإدخال إلى سرعة الإخراج. بالنسبة للإسفين، يتم إعطاء ذلك بواسطة 1/tanα، حيث α هي زاوية الطرف. يتم تصميم وجوه الإسفين كخطوط مستقيمة لتشكيل مفصل منزلق أو منشوري .

أصل الإسفين غير معروف. في المحاجر المصرية القديمة ، كانت تستخدم أسافين برونزية لكسر كتل الحجارة المستخدمة في البناء. كما كانت تستخدم أسافين خشبية تنتفخ بعد تشبعها بالماء. استخدم بعض السكان الأصليين في الأمريكتين أسافين قرون الأيائل لتقسيم الخشب وتشكيله لصنع الزوارق والمساكن وغيرها من الأشياء.

تُستخدم الأوتاد لرفع الأشياء الثقيلة، وفصلها عن السطح الذي تستقر عليه. ^[3]

لنفترض أن هناك كتلة يجب رفعها بإسفين. عندما ينزلق الإسفين أسفل الكتلة، تنزلق الكتلة لأعلى الجانب المائل للإسفين. وهذا يرفع وزن الكتلة F _{B. يتم الحصول على القوة الأفقية} F _A اللازمة لرفع الكتلة من خلال النظر في سرعة الإسفين v _A وسرعة الكتلة v _B. إذا افترضنا أن الإسفين لا يبدد أو يخزن الطاقة، فإن القوة الداخلة إلى الإسفين تساوي القوة الخارجة.

أو

${\displaystyle {\frac {F_{\mathrm {B} }}{F_{\mathrm {A} }}}={\frac {v_{\mathrm {A} }}{v_{\mathrm {B} }}}.}$

ترتبط سرعة الكتلة بسرعة الإسفين من خلال ميل جانب الإسفين. إذا كانت زاوية الإسفين α ، فإن

${\displaystyle v_{\mathrm {B} }=v_{\mathrm {A} }\tan \alpha ,\!}$

وهذا يعني أن الميزة الميكانيكية

${\displaystyle MA={\f_{\mathrm {B} }}{F_{\mathrm {A} }}}={\frac {1}{\tan \alpha }}.}$

وبالتالي، كلما كانت الزاوية α أصغر ، كلما زادت نسبة قوة الرفع إلى القوة المطبقة على الإسفين. وهذه هي الميزة الميكانيكية للإسفين. وتنطبق صيغة الميزة الميكانيكية هذه على عمليات قطع الحواف والتقسيم، وكذلك على الرفع.

يمكن استخدامها أيضًا لفصل الأشياء، مثل كتل الحجارة المقطوعة. تُستخدم المطارق والأوتاد لتقسيم الخشب على طول الحبوب.

الإسفين الضيق ذو التموج الطويل نسبيًا ، والذي يستخدم لضبط المسافة بين الأشياء بدقة يسمى gib، ويُستخدم عادةً في ضبط أدوات الماكينة.

تعتبر أطراف الشوكات والمسامير أيضًا أسافينًا، حيث تقوم بتقسيم وفصل المادة التي يتم دفعها أو تحريكها إليها؛ وقد تتمسك الأعمدة بعد ذلك بقوة بسبب الاحتكاك.

This section does not cite any sources. Please help improve this section by adding citations to reliable sources. Unsourced material may be challenged and removed. (March 2021) (Learn how and when to remove this message)

الشفرة عبارة عن مستوي مائل مركب، يتكون من مستويين مائلين موضوعين بحيث يلتقي المستويان عند حافة واحدة. عندما يتم دفع الحافة التي يلتقي فيها المستويان إلى مادة صلبة أو سائلة، فإنها تتغلب على مقاومة المواد للانفصال عن طريق تحويل القوة المبذولة ضد المادة إلى قوتين متعاكستين عموديتين على وجهي الشفرة.

كان أول استخدام معروف للشفرات من قبل البشر هو الحافة الحادة لحجر الصوان الذي كان يستخدم لشق أو تقسيم أنسجة الحيوانات، مثل تقطيع اللحوم. أدى استخدام الحديد أو المعادن الأخرى إلى تطوير السكاكين لهذا النوع من المهام. سمحت شفرة السكين للبشر بقطع اللحوم والألياف وغيرها من المواد النباتية والحيوانية بقوة أقل بكثير مما يتطلبه الأمر لتمزيقها ببساطة عن طريق السحب بأيديهم. ومن الأمثلة الأخرى المحاريث التي تفصل جزيئات التربة، والمقصات التي تفصل القماش، والفؤوس التي تفصل ألياف الخشب، والأزاميل والمقاشط التي تفصل الخشب.

يمكن للأوتاد والمناشير والأزاميل فصل المواد السميكة والصلبة، مثل الخشب والحجر الصلب والمعادن الصلبة، وهي تفعل ذلك بقوة أقل بكثير، وإهدار للمواد، وبدقة أكبر، من السحق ، وهو تطبيق نفس القوة على مساحة أوسع من المادة المراد فصلها.

توجد أمثلة أخرى للأوتاد في رؤوس المثقاب ، والتي تنتج ثقوبًا دائرية في المواد الصلبة. يتم شحذ حافتي رأس المثقاب، بزوايا متعاكسة، في نقطة ويتم لف تلك الحافة حول عمود رأس المثقاب. عندما يدور رأس المثقاب حول محور دورانه، يتم دفع الأوتاد إلى المادة المراد فصلها. يكون القطع الناتج في المادة في اتجاه دوران رأس المثقاب، بينما يسمح الشكل الحلزوني لرأس المثقاب بإزالة المادة المقطوعة.

يمكن أيضًا استخدام الأوتاد لتثبيت الأشياء في مكانها، مثل أجزاء المحرك ( صمامات القفاز )، وأجزاء الدراجة ( السيقان وحوامل القاعدة اللامركزية )، والأبواب . تعمل سدادة الباب من النوع الإسفيني (إسفين الباب) بشكل كبير بسبب الاحتكاك الناتج بين الجزء السفلي من الباب والإسفين، والإسفين والأرضية (أو أي سطح آخر).

يمكن حساب الميزة الميكانيكية أو MA للإسفين عن طريق قسمة ارتفاع الإسفين على عرض الإسفين: ^[1]

${\displaystyle {\rm {MA={Length \over Width}}}}$

كلما كانت زاوية الإسفين حادة أو ضيقة، كلما زادت نسبة طول ميله إلى عرضه، وبالتالي كلما زادت الميزة الميكانيكية التي سيحققها. ^[2]

سوف يلتصق الإسفين عندما تكون الزاوية المتضمنة للإسفين أقل من ظل الزاوية لمعامل الاحتكاك بين الإسفين والمادة. لذلك، في مادة مرنة مثل الخشب، قد يلتصق الإسفين الضيق بسهولة أكبر من الإسفين العريض. هذا هو السبب في أن رأس مطرقة الشق لها زاوية أوسع بكثير من زاوية الفأس.

• كوتر (دبوس)
• دبوس الرسم
• فروي
• قاطع جذوع الأشجار
• مسمار (مثبت)
• القابس والريش
• كوين (طباعة)
• مشرط
• منجل
• دعامة العجلة