Fislab
الرئيسية / الدروس / البكرات وآلة أتود

⚖️ البكرات وآلة أتود

Pulleys and the Atwood Machine
⏱️ 30 دقيقة 📂 الميكانيكا 🎯 مستوى متوسط

📖 مقدمة

📖 Introduction

البكرات آلات بسيطة تُستخدم لتغيير اتجاه القوة أو مضاعفتها. تتكون البكرة من عجلة تدور حول محور، يمر فوقها حبل أو سلسلة، وتُستخدم في رفع الأثقال والمصاعد وأنظمة ميكانيكية متعددة.

Pulleys are simple machines used to change a force's direction or multiply it. A pulley consists of a wheel rotating on an axle, with a rope or chain passing over it, and is used in lifting weights, elevators, and various mechanical systems.

آلة أتود نظام من كتلتين متصلتين بخيط يمر على بكرة، تُستخدم لدراسة الحركة المتسارعة وتأثير الكتل المختلفة على التسارع وقوة الشد.

The Atwood machine is a system of two masses connected by a string over a pulley, used to study accelerated motion and the effect of different masses on acceleration and tension.

🎯 أنواع البكرات

🎯 Types of Pulleys

🔵 البكرة الثابتة (Fixed Pulley)

🔵 Fixed Pulley

🟢 البكرة المتحركة (Moving Pulley)

🟢 Moving Pulley

🟡 نظام البكرات المركب (Compound Pulley System)

🟡 Compound Pulley System

🔑 كلما زاد عدد الحبال الداعمة للوزن، قلّت القوة المطلوبة لرفعه، لكن المسافة التي يتحركها الحبل تزداد بنفس النسبة.🔑 The more rope segments support the weight, the less force is needed to lift it, but the distance the rope moves increases by the same ratio.

⚖️ آلة أتود (Atwood Machine)

⚖️ Atwood Machine

تتكوّن من كتلتين \(m_1\) و\(m_2\) متصلتين بخيط يمر على بكرة ملساء (مهملة الاحتكاك والكتلة). عند عدم تساوي الكتلتين \(m_1\neq m_2\)، يتحرك النظام بتسارع منتظم.

It consists of two masses \(m_1\) and \(m_2\) connected by a string over a frictionless, massless pulley. When \(m_1\neq m_2\), the system moves with uniform acceleration.

1التسارع:Acceleration:
\[ a = \frac{(m_1-m_2)g}{m_1+m_2} \]
2قوة الشد بالخيط:Tension in the string:
\[ T = \frac{2m_1m_2}{m_1+m_2}g \]
⚠️ عند \(m_1=m_2\): \(a=0\) و\(T=mg\) (اتزان).⚠️ When \(m_1=m_2\): \(a=0\) and \(T=mg\) (equilibrium).

📌 مثال: إذا \(m_1=5\,kg\)، \(m_2=3\,kg\)، \(g=9.8\,m/s^2\):

📌 Example: If \(m_1=5\,kg\), \(m_2=3\,kg\), \(g=9.8\,m/s^2\):

\[ a=\frac{(5-3)\times9.8}{5+3}=2.45\,m/s^2 \]
\[ T=\frac{2\times5\times3}{5+3}\times9.8=36.75\,N \]

🧮 حاسبة آلة أتود

🧮 Atwood Machine Calculator

⚙️ آلة أتود — شرح تفصيلي (نظام مختلط)

⚙️ Atwood Machine — Detailed Explanation (Mixed System)

الجملة المادية تتحرك بنفس التسارع لأن الخيط لا يتمطط، وقوة الشد متساوية على طرفيه. نحدد اتجاه الحركة والقوى المؤثرة على كل جسم، نطبّق قانون نيوتن الثاني على كل جسم على حدة، ثم نجمع المعادلتين لإيجاد تسارع الجملة. إذا كان المستوى مائلًا، نحلل القوى ونحدد إن كان أملسًا أو خشنًا لحساب قوة الاحتكاك.

The system moves with the same acceleration since the string doesn't stretch, and the tension is equal at both ends. We determine the direction of motion and the forces on each body, apply Newton's second law to each body separately, then combine the two equations to find the system's acceleration. If the surface is inclined, we analyze the forces and determine whether it's smooth or rough to calculate the friction force.

نظام يتكوّن من: كتلة \(m_1\) متدلية رأسيًا، كتلة \(m_2\) على سطح أفقي خشن (معامل احتكاك \(\mu\))، بكرة مهملة الاحتكاك والكتلة، وخيط مثالي (عديم الكتلة وغير قابل للتمطط).

A system consisting of: mass \(m_1\) hanging vertically, mass \(m_2\) on a rough horizontal surface (friction coefficient \(\mu\)), a frictionless, massless pulley, and an ideal string (massless and inextensible).

1للكتلة المعلّقة \(m_1\):For the hanging mass \(m_1\):
\[ m_1 g - T = m_1 a \]
2للكتلة الأفقية \(m_2\):For the horizontal mass \(m_2\):
\[ T - f_k = m_2 a,\quad f_k=\mu_k N=\mu_k m_2 g \]
3التسارع الناتج:The resulting acceleration:
\[ a = \frac{m_1 - \mu_k m_2}{m_1+m_2}\,g \]
4قوة الشد:The tension:
\[ T = \frac{m_1 m_2(1+\mu_k)}{m_1+m_2}\,g \]
⚠️ شروط صحة المعادلات: الخيط غير قابل للتمطط (تسارع متساوٍ للكتلتين)، البكرة مهملة الكتلة (شد متساوٍ بالجانبين)، والحركة بنفس اتجاه التسارع الموجب.⚠️ Conditions for these equations to hold: the string is inextensible (equal acceleration for both masses), the pulley is massless (equal tension on both sides), and motion is in the direction of positive acceleration.

📝 ملخص البكرات وآلة أتود

📝 Pulleys & Atwood Machine Summary

النظامSystemMAالتسارعAccelerationقوة الشدTension
بكرة ثابتةFixed pulley\(MA=1\)\(a=0\)\(T=W\)
بكرة متحركةMoving pulley\(MA=2\)\(a=g/2\)\(T=W/2\)
آلة أتودAtwood machine\(MA=\dfrac{m_1+m_2}{m_1-m_2}\)\(a=\dfrac{(m_1-m_2)g}{m_1+m_2}\)\(T=\dfrac{2m_1m_2}{m_1+m_2}g\)

🎯 اختبار البكرات وآلة أتود🎯 Pulleys & Atwood Machine Quiz

10 أسئلة — أنواع البكرات والميزة الميكانيكية وآلة أتود10 questions — pulley types, mechanical advantage, and the Atwood machine

لاحظت خطأ؟ أو عندك سؤال عن أحد الأسئلة؟ اكتبه بالتعليقات وحدد رقم السؤال. Noticed an error, or have a question about one of the questions? Write it in the comments and specify the question number.