ما هو القيد الميكانيكي

مفهوم القيد الميكانيكي:

القيد من الدرجة الأولى هو كمية ديناميكية في نظام هاميلتوني، إذ انه يتلاشى قوس بواسون مع جميع القيود الأخرى على سطح القيد في مساحة الطور بحيث أن السطح محدد ضمنيًا بالتلاشي المتزامن لجميع القيود، ولنتمكن من حساب قيد الفئة الأولى يتم افتراض أنه لا توجد قيود من الدرجة الثانية (تم حسابها من قبل ) وأن أقواس ديراك تم إنشاؤها.

تم تقديم قيود الدرجة الأولى والثانية بواسطة ديراك كطريقة لتقدير الأنظمة الميكانيكية مثل نظريات القياس، حيث يتدهور الشكل العفوي، كما تتشابه مصطلحات قيود الدرجة الأولى والثانية مع المصطلحات الخاصة بالقيود الأولية والثانوية مما يعكس الطريقة التي يتم بها إنشاء هذه القيود.

يمكن تعريف القيد الميكانيكي بأنه كل ما يمنع حركة الجسم في الفراغ، ويساعد في جعل الجسم متوازنا وذلك بمنع حركته كلياً أو جزئياً، وهناك عدة أنواع من القيود الميكانيكية:

القيد الأحادي:

يلزم منع الحركة الانتقالية باتجاه واحد، وتتولد في هذا القيد مركبة واحدة لرد الفعل تعامد السطح الذي تستند عليه عجلات القيد، ويسمح هذا القيد بالحركة الدورانية والحركة الانتقالية العمودية على اتجاه رد الفعل.

القيد الثنائي:

ويسمى كذلك (القيد المفصلي الثابت اي غير المتحرك)، وهو يسمح بالحركة الدوران فقط ويمنع الحركة الانتقالية كليا في المستوى، أي يمنع الحركة الانتقالية بالاتجاهين وهو يكافئ قيدين أحاديين ويكون رد الفعل عنده مجهول المنحى والمقدار ويمكن تفريقه إلى مركبتين قائمتين.

الوثاقة المستوية التامة:

وهو قيد لايسمح بالحركة الدورانية كما أنه لايسمح بالحركة الانتقالية بالاتجاهين، وبالتالي فهو يكافئ ثلاث قيود أحادية ويتكون رد فعله من ثلاث عناصر هي مركبتان لرد الفعل وعزم الوثاقة.

كما يستخدم القيد الميكانيكي لتحديد موضع الكائن، على سبيل المثال تصميم الحركية لهيكل الروبوت، إذ تم تصميم الحركية باستخدام برنامج التحليل الحركي (SAM)وتم تصميم نموذج ثلاثي الأبعاد بالكامل (Gripper ) باستخدام برنامج (Solid Works)، بحيث من خلال برنامج (SAM) يمكننا ضمان وظيفة مسار الإصبع لأداء العمل التكيفي والعكس صحيح، كما لا يمكن إجراء تحليل القوة باستخدام برنامج تحليل الآلية الحركية البسيط.

تُعرف الآلية في البناء الميكانيكي، بأنها الوسائل المستخدمة لنقل وتعديل الحركة في آلة أو أي تجميع للأجزاء الميكانيكية، حيث أن السمة الرئيسية لآلية الآلة هي أن جميع الأعضاء قد قيدوا الحركة؛ على سبيل المثال يمكن للأجزاء أن تتحرك فقط بطريقة محددة بالنسبة لبعضها البعض، إذ يتم تحديد طبيعة هذه الحركات النسبية إلى حد كبير من خلال عدد الأجزاء والطريقة التي ترتبط بها.

بغض النظر عن مدى تعقيدها يمكن دائمًا تحليل آلية الآلة على أنها مجموعة من الآليات الأساسية البسيطة، بحيث كل منها يحتوي على أعضاء أو روابط تنقل الحركة من رابط متحرك إلى آخر مع أو بدون تعديل في الدرجة أو النوع.

بشكل عام هناك ثلاث طرق يمكن من خلالها القيام بذلك: عن طريق موصل التفاف مثل السلسلة (q.v) أو الحزام عن طريق الاتصال المباشر كما في الكاميرا أو العتاد (qq.v) أو عن طريق رابط متصل برقم التعريف الشخصي.

علم الميكانيكا:

هو علم يهتم بحركة الأجسام تحت تأثير القوى بما في ذلك الحالة الخاصة التي يظل فيها الجسم في حالة راحة، حيث كانت أول اهتمامات مشكلة الحركة هي القوى التي تمارسها الأجسام على بعضها البعض، إذ يؤدي هذا إلى دراسة موضوعات مثل الجاذبية والكهرباء والمغناطيسية وفقًا لطبيعة القوى المعنية، وبالنظر إلى القوى يمكن للمرء أن يبحث عن الطريقة التي تتحرك بها الهيئات تحت تأثير القوات.

خاضت المعركة من أجل الكوبرنيكية في عالم الميكانيكا وعلم الفلك، حيث كان النظام البطلمي الأرسطي قائمًا أو سقط كمتراصة متراصة، واستند إلى فكرة ثبات الأرض في مركز الكون، دمرت إزالة الأرض من المركز عقيدة الحركة الطبيعية والمكان، وكانت الحركة الدائرية للأرض غير متوافقة مع الفيزياء الأرسطية.

كانت مساهمات جاليليو في علم الميكانيكا مرتبطة ارتباطًا مباشرًا بدفاعه عن الكوبرنيكية، وعلى الرغم من التزامه في شبابه بالفيزياء التقليدية الدافعة إلا أن رغبته في الرياضيات على طريقة أرخميدس دفعته إلى التخلي عن النهج التقليدي وتطوير الأسس لفيزياء جديدة قابلة للحساب بشكل كبير ومرتبطة بشكل مباشر بالمشكلات التي تواجه الجديد.

علم الكونيات مهتمًا بإيجاد التسارع الطبيعي للأجسام الساقطة، حيث كان قادرًا على اشتقاق قانون السقوط الحر (المسافة s، تختلف حسب مربع الوقت t²)، بدمج هذه النتيجة مع شكله البدائي لمبدأ القصور الذاتي، كان قادرًا على اشتقاق المسار المكافئ لحركة المقذوفات.

علاوة على ذلك مكنه مبدأ القصور الذاتي من مواجهة الاعتراضات المادية التقليدية على حركة الأرض: نظرًا لأن الجسم المتحرك يميل إلى البقاء في حالة حركة، فإن المقذوفات والأشياء الأخرى على سطح الأرض ستميل إلى مشاركة حركات الأرض، والتي ستكون بالتالي غير محسوس لشخص يقف على الأرض.

كانت مساهمات القرن السابع عشر في ميكانيكا الفيلسوف الفرنسي رينيه ديكارت مثل مساهماته في المسعى العلمي ككل، أكثر اهتمامًا بالمشكلات في أسس العلم أكثر من حل مشاكل تقنية معينة، إذ كان مهتمًا بشكل أساسي بمفاهيم المادة والحركة كجزء من برنامجه العام للعلم، أي شرح كل ظواهر الطبيعة من حيث المادة والحركة أصبح هذا البرنامج، المعروف باسم الفلسفة الميكانيكية، هو الموضوع السائد لعلوم القرن السابع عشر.

الميزة الميكانيكية:

تعتبر فعالية تضخيم القوة لآلة بسيطة مثل الرافعة أو المستوى المائل أو الإسفين و العجلة والمحور أو نظام البكرة أو المسمار، حيث أن الميزة الميكانيكية النظرية للنظام هي نسبة القوة التي تؤدي العمل المفيد إلى القوة المطبقة، وبافتراض عدم وجود احتكاك في النظام، إذ من الناحية العملية ستكون الميزة الميكانيكية الفعلية أقل من القيمة النظرية بمقدار يحدده مقدار الاحتكاك.

الميزة الميكانيكية هو اسم يطلق على مضاعف القوة الذي يعطى بواسطة آلة بسيطة، بحيث أن الميزة الميكانيكية للجهاز هي في الأساس مقياس لمدى انتشار القوة المطلوبة في جميع أنحاء الماكينة، إذ أن الميكانيك هو مضاعف للقوة لأنه يضاعف مقدار الجهد الذي تبذله.

على سبيل المثال إذا تطلب الصندوق 200نيوتن من القوة لتحريكه وقمنا بربطه ببكرة بميزة ميكانيكية 3، فلن تحتاج إلا إلى تطبيق 66 نيوتن من القوة؛ وذلك لأن 66 مرة 3 تساوي 198 وهي قريبة بما فيه الكفاية إلى 200.

كما تعمل البكرات جنبا إلى جنب مع بعضها البعض وإضافة البكرات ستزيد من الميزة الميكانيكية، بحيث قد تتضمن بعض مجموعات البكرات ست أو سبع بكرات في المجموع، من أجل حساب الميزة الميكانيكية لنظام البكرة يمكن حساب عدد مقاطع الحبل بين البكرات، فإذا كانت النهاية الحرة تشير إلى أسفل فلا تدرج في المجموع ولكن إذا كانت تشير إلى الأعلى فسيتم تحريك نفس الاتجاه مع تضمين ذلك أيضًا، وبالتالي ستكون الميزة الميكانيكية لنظام البكرة هي الرقم النهائي.