إسفين

الإسفين أداة مثلثة الشكل ، وسطح مائل محمول ، وهو أحد الآلات البسيطة الست . يُستخدم لفصل جسمين أو أجزاء من جسم، أو لرفع جسم، أو لتثبيته في مكانه. يعمل الإسفين بتحويل القوة المؤثرة على طرفه غير الحاد إلى قوى عمودية على سطحه المائل. تُحسب الفائدة الميكانيكية للإسفين بنسبة طول سطحه المائل إلى عرضه. ^{[ 1 ] [ 2 ]}

استُخدمت الأوتاد منذ آلاف السنين، وصُنعت في البداية من الحجر البسيط. ولعلّ أول مثال على الوتد هو الفأس اليدوي (انظر أيضًا Olorgesailie )، الذي يُصنع بتشذيب الحجر، وخاصة الصوان ، لتشكيل حافة ثنائية الوجه، أو وتد. الوتد آلة بسيطة تُحوّل القوة الجانبية وحركة الأداة إلى قوة فصل عرضية وحركة لقطعة العمل. وتعتمد القدرة المتاحة على جهد الشخص الذي يستخدم الأداة، ولكن بما أن القدرة هي نتاج القوة والحركة، فإن الوتد يُضخّم القوة بتقليل الحركة. هذا التضخيم، أو الميزة الميكانيكية ، هو نسبة سرعة الإدخال إلى سرعة الإخراج. بالنسبة للوتد، تُعطى هذه النسبة بالمعادلة 1/tanα، حيث α هي زاوية رأس الوتد. تُنمذج أوجه الوتد كخطوط مستقيمة لتشكيل مفصل انزلاقي أو منشوري .

أصل الإسفين غير معروف. في محاجر مصر القديمة ، استُخدمت أسافين برونزية لتكسير كتل الحجر المستخدمة في البناء. كما استُخدمت أسافين خشبية تنتفخ بعد تشبعها بالماء. واستخدمت بعض الشعوب الأصلية في الأمريكتين أسافين مصنوعة من قرون الوعل لتقطيع الخشب وتشكيله لصنع الزوارق والمساكن وغيرها من الأدوات.

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

لنفترض وجود كتلة يُراد رفعها بواسطة إسفين. عندما ينزلق الإسفين أسفل الكتلة، تنزلق الكتلة لأعلى الجانب المائل للإسفين، مما يرفع وزن الكتلة F _{_B}. تُحسب القوة الأفقية F_{_A} اللازمة لرفع الكتلة بحساب سرعة الإسفين v_{_A} وسرعة الكتلة v_{_B} . إذا افترضنا أن الإسفين لا يُبدد أو يُخزن طاقة، فإن القدرة الداخلة إلى الإسفين تساوي القدرة الخارجة منه.

أو

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

ترتبط سرعة الكتلة بسرعة الوتد بميل جانب الوتد. إذا كانت زاوية الوتد α ، فإن

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

وهذا يعني أن الميزة الميكانيكية

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

وبالتالي، كلما صغرت الزاوية α، زادت نسبة قوة الرفع إلى القوة المؤثرة على الوتد. هذه هي الميزة الميكانيكية للوتد. تنطبق هذه الصيغة للميزة الميكانيكية على حواف القطع وعمليات التقطيع، وكذلك على الرفع.

لاحظ أنه بما أن الوتد يعتمد بشكل صريح على قوة المقاومة على جانبي الوتد لتوفير مضاعف القوة وتحقيق التوازن، فإن الحالات التي يكون فيها أحد جانبي الوتد محدودًا في مقدار قوة المقاومة التي يمكنه توفيرها لم يعد وتدًا كلاسيكيًا ويجب النظر فيه بشكل منفصل.

ويمكن استخدامها أيضاً لفصل الأشياء، مثل كتل الحجر المقطوع. وتُستخدم المطارق والأوتاد لتقسيم الخشب على طول أليافه.

يُطلق على الوتد الضيق ذي المخروط الطويل نسبيًا ، والذي يستخدم لضبط المسافة بين الأشياء بدقة، اسم "الوتد"، ويستخدم بشكل شائع في ضبط أدوات الآلات.

تعتبر أطراف الشوكات والمسامير بمثابة أسافين أيضًا، لأنها تقسم وتفصل المادة التي يتم دفعها أو غرسها فيها؛ وقد تثبت الأعمدة بعد ذلك بسبب الاحتكاك.

الشفرة عبارة عن سطح مائل مركب، يتكون من سطحين مائلين موضوعين بحيث يلتقيان عند حافة واحدة. عندما تُضغط الحافة التي يلتقي عندها السطحان في مادة صلبة أو سائلة، فإنها تتغلب على مقاومة المادة للانفصال عن طريق تحويل القوة المؤثرة على المادة إلى قوتين متعاكستين عموديتين على سطحي الشفرة .

كان أول استخدام معروف للشفرة من قبل البشر هو الحافة الحادة لحجر الصوان الذي استُخدم لشق أو فصل الأنسجة الحيوانية، مثل تقطيع اللحوم. أدى استخدام الحديد أو المعادن الأخرى إلى تطوير السكاكين لهذه المهام. سمحت شفرة السكين للبشر بتقطيع اللحوم والألياف وغيرها من المواد النباتية والحيوانية بقوة أقل بكثير من القوة اللازمة لتمزيقها باليدين. ومن الأمثلة الأخرى المحاريث التي تفصل جزيئات التربة، والمقصات التي تفصل الأقمشة، والفؤوس التي تفصل ألياف الخشب، والأزاميل والمساحات التي تفصل الخشب.

يمكن للأوتاد والمناشير والأزاميل فصل المواد السميكة والصلبة، مثل الخشب والحجر الصلب والمعادن الصلبة، وهي تفعل ذلك بقوة أقل بكثير، وبهدر أقل للمواد، وبدقة أكبر، مقارنة بالسحق ، الذي يتمثل في تطبيق نفس القوة على مساحة أوسع من المادة المراد فصلها.

توجد أمثلة أخرى للأوتاد في رؤوس المثاقب ، التي تُحدث ثقوبًا دائرية في المواد الصلبة. تُشحذ حافتا رأس المثقاب بزاوية متقابلة لتشكيل نقطة، ثم تُلف هذه الحافة حول ساق رأس المثقاب. عندما يدور رأس المثقاب حول محوره، تُدفع الأوتاد داخل المادة المراد فصلها. يكون القطع الناتج في المادة في اتجاه دوران رأس المثقاب، بينما يسمح الشكل الحلزوني لرأس المثقاب بإزالة المادة المقطوعة.

يمكن استخدام الأوتاد أيضًا لتثبيت الأشياء في مكانها، مثل أجزاء المحرك ( صمامات الصمامات )، وأجزاء الدراجات ( سيقان المقود ومحاور الدواسات اللامركزية )، والأبواب . ويعمل مانع الباب ذو الشكل الإسفيني (وتد الباب) بشكل أساسي بفضل الاحتكاك المتولد بين أسفل الباب والوتد، وبين الوتد والأرضية (أو أي سطح آخر).

يمكن حساب الميزة الميكانيكية أو MA للوتد عن طريق قسمة ارتفاع الوتد على عرض الوتد: ^{[ 1 ]}

${\displaystyle {\rm {MA={الطول \over العرض}}}}$

كلما كانت زاوية الوتد حادة أو ضيقة، زادت نسبة طول منحدره إلى عرضه، وبالتالي زادت الفائدة الميكانيكية التي سيحققها. ^{[ 2 ]}

يلتصق الوتد عندما تكون الزاوية المحصورة بينه وبين المادة أقل من ظل الزاوية العكسي لمعامل الاحتكاك بين الوتد والمادة. لذا، في مادة مرنة كالخشب، قد يلتصق الوتد الضيق بالاحتكاك بسهولة أكبر من الوتد العريض. ولهذا السبب، تكون زاوية رأس مطرقة التقطيع أكبر بكثير من زاوية رأس الفأس.

• مسمار التثبيت (الدبوس)
• دبوس الرسم
• فرو
• آلة تقسيم الحطب
• مسمار (مثبت)
• قم بالتوصيل والتثبيت
• كوين (طباعة)
• مشرط
• منجل
• مانع انزلاق العجلات