Равенство работ при использовании простых механизмов. “золотое правило” механики

Содержание

• Слайд 1

  Простые механизмы.
  Выполнила:
  Волкова Валентина Алексеевна,
  учитель физики
  МБОУ «СОШ № 4» г. Урай
  pptcloud.ru

• Слайд 2

  Продолжить изучение простых механизмов;
  Показать, где встречаются и как применяются, используются простые механизмы

• Слайд 3

  Выполнить тестовое задание

  1. Какой отрезок является плечом силы F1?
  а) АО;
  б) ОВ;
  в) АВ .
  2. Как называется равенство:
  а) правило моментов;
  б) условие равновесия рычага;
  в) определение момента.
  3. Какую физ. величину определяют по формуле: M=F .l
  а) работу;
  б) силу;
  в) момент силы.
  4. В каких единицах измеряют момент силы?
  а) Дж;
  б) Н;
  в) Н . м.
  5. Вычислить силу F2 , уравновешивающую силу F1.
  а) 10 Н;
  б) 20 Н;
  в) 30 Н.
  F1

  F2
  O

  А
  В

  F2
  O

  F1=60H
  10см
  30 см

• Слайд 4

  Простыемеханизмы
  блок
  ворот
  рычаг
  винт
  наклоннаяплоскость
  клин

• Слайд 5

  Простые механизмы нашли широкое применение в различных областях жизнедеятельности человека:
  в сельском хозяйстве

• Слайд 6

  Слесарный станок
  Плотницкие инструменты
  Инструменты спасателей

• Слайд 7

• Слайд 8

• Слайд 9

• Слайд 10

• Слайд 11

  Наклонная плоскость так же широко применяется человеком
  винт
  клин

• Слайд 12

  Человек – это очень сложный организм, система, состоящая из множества рычагов и рычажков различного вида, выполняющих различные функции.

• Слайд 13

  Опорно–двигательный аппарат человека можно рассматривать как систему рычагов трех видов :
  F1

  F2
  O
  рис. а)

  O
  F1
  F2
  рис. б)

  O
  F1
  F2
  рис. в)
  Рычаг силы :
  F2 F1

  выигрыш в силе, но проигрыш в перемещении.
  проигрыш в силе за счет выигрыша в перемещении.

• Слайд 14

  Свод стопы

• Слайд 15

  вбыту
  технике
  музыке
  живой природе
  спорте

• Слайд 16

• Слайд 17

  Всем:
  § 58, читать, ответить на вопросы 1 — 3 к параграфу. Упр.30 №№1- 4 — устно, №5 – письменно, стр. 144.
  Творческое задание:
  I вариант. Приготовить небольшое сообщение или презентацию о применении рычагов.
  II вариант. Проблемный вопрос: Подумайте, можно ли используя рычаг, получить выигрыш в работе? А в силе? В пути?
  III вариант. Составить кроссворд по данной теме.

• Слайд 18

  Список литературы

  Перышкин А. В. Физика. 7 кл.: учеб. для общеобразоват. учреждений.- М.: Дрофа, 2009
  Кац Ц. Б. Биофизика на уроках физики: Кн. для учителя: Из опыта работы.- М.: Просвещение, 1988
  Балашов М. М. Физика: Учеб. для 7 кл. общеобразоват. учреждений.- М.:Просвещение, 1995
  Мир физики. Занимательные рассказы о законах физики: Сост. Ю. И. Смирнов. — СПб.: ИКФ «МиМ-Экспресс», 1995
  Фото с сайтов yandex.ru, rambler.ru
  www.fizika.ru
  http://www.all-fizika.com/

Посмотреть все слайды

Современная теория механизмов

Существует понятие «типовые механизмы», которое объединяет ряд простых механизмов, имеющих при различном функциональном назначении применение в разнопрофильных машинах. К ним относятся простейшие механизмы:

• рычажные;
• зубчатые;
• планетарные;
• кулачковые;
• манипуляционные и т.п.

Рациональное проектирование машин определяется вариантами используемых в их составе простых механизмов и систем механизмов, благодаря которым изыскиваются оптимальные технические решения.

Существует две системы классификации простых механизмов: по назначению и конструкции. На практике их применение часто основывается на взаимно сочетающихся характеристиках.

Теория механизмов предполагает опираться на те свойства простых механизмов, которые являются общими, независимо от конкретного целевого назначения аппарата. К примеру, механизм в виде зубчатого колеса, создающий вращательное движение, используется как в часах, так и в автомобиле, промышленных станках и т.д.

Насколько эффективной будет работа создаваемой машины, зависит от правильности выбора механизмов. Выбор происходит в пользу тех, у которых выше производительность, надежность, точность. Также акцент делается на экономичность и доступность сырья для изготовления.

Применение механизмов началось в древности. Первыми из них были ловушки для зверей, которые удовлетворяли основной инстинкт человека — борьбу с голодом.

Сегодня для современной техники большое значение имеют:

1. Механизмы манипуляторов (устройств, предназначенных для воспроизведения движений руки человека). Благодаря таким устройствам создаются промышленные роботы, которые приходят на помощь в самых сложных условиях и быстро выполняют утомительные работы, часто во вредных условиях.
2. Самонастраивающиеся механизмы. Особенностью конструкции является способность изменять автоматически свое движение, создавая оптимальные условия для общей работы прибора.
3. Механизмы медицинских аппаратов. Они воспроизводят физиологические процессы в теле человека. Примеры: искусственные легкие, искусственная почка, стимулятор сердца и т.п. Благодаря использованию таких приборов удается сохранить человеку жизнь даже в критических ситуациях.

Еще недавно в создании технических приборов использовались только простые механизмы, которые имели одну либо две степени подвижности. Сегодня их в одном приборе заключается много, что стало приемлемым благодаря использованию высокотехнологичных систем управления. Они в состоянии обеспечить эффективное функционирование аппаратов целиком или их отдельных частей.

Рычаги в природе

Большое количество рычагов присутствует в разных частях тела животных и человека.

Например, у человека кости рук и ног, нижняя челюсть, череп, фаланги пальцев  – рычаги (рисунок 8).

Рисунок 8. Рычаги в частях тела человека.

Когда мы поднимаем рукой какой-то груз, наши мышцы сокращаются, и рука сгибается в локте. Действующая сила – сила наших мышц, а противодействующая сила – вес поднимаемого предмета.

Устройство задних ног многих животных использует принцип рычага. Благодаря такому строению животные могут эффективно использовать силу своих мышц. У представителей кошачьих рычагами являются почти все подвижные кости (рисунок 9). Даже обычная домашняя кошка может легко совершать прыжки на большую высоту.

Рисунок 9. Строение скелета кошки.

Створки раковины у двустворчатых моллюсков являются рычагом (рисунок 10).

Рисунок 10. Двустворчатый моллюск.

Также примерами рычагов в природе являются клешни у крабов и других членистоногих, подвижные когти у кошек, ствол дерева и его корень.

Задачи на применение представлений о винтах

Пример 1

Условие: мини-компьютер имеет системный блок, состоящий из основания и крышки. Обе детали изготовлены из специального пластика. Крышка к основанию крепится при помощи винтов-саморезов. По всему периметру основания есть выступы с отверстиями, в которые и вкручиваются винты для компьютера при сборке. В процессе вкручивания винт нарезает резьбу внутри отверстия, совершая пластическую деформацию материала. Так обеспечивается довольно надежное крепление, однако для ремонта внутренней части компьютера системный блок приходится постоянно разбирать, и, следовательно, многократно выкручивать винты и потом ставить их на место. Из-за этого внутренняя резьба разрушается, и прочность крепления снижается, что, в свою очередь, негативно сказывается на функционировании компьютера. Как предотвратить эту проблему и снизить скорость разрушения резьбы?

Рисунок 4

Ответ: для профилактики необходимо нагреть саморез перед вкручиванием до такой температуры, чтобы пластик немного размягчился (но не расплавился), после чего поставить винты на нужное место. Механическое поле способствует быстрому формированию резьбы, а тепловое размягчает материал, после чего он упрочняется опять.

Пример 2

Условие: имеется ручной пресс с ручкой длиной 30 см. При вращении винта вдоль оси при полном обороте шаг составляет 5 мм. Определите силу давления пресса при закручивании ручки с силой F1, равной 200 H.

Рисунок 5. Винтовой пресс с ручкой

Решение

При одном обороте ручки проходится путь, равный 2πl. Перемещение винта вдоль вертикальной оси осуществится на расстояние h. Значит, сила, которую мы прикладываем к концу ручки, совершила работу, равную 2πlF1, а сила давления пресса – работу, равную hF2. «Золотое правило механики» говорит нам, что A1=A2.

Получили, что 2πlF1=hF2. Отсюда можно найти F2:

F2=2πlF1h=2·3,14·,13·200,005=75,4 кН.

Ответ: сила давления пресса будет равна 75,4 кН.

Всё ещё сложно?
Наши эксперты помогут разобраться

Все услуги

Решение задач

от 1 дня / от 150 р.

Курсовая работа

от 5 дней / от 1800 р.

Реферат

от 1 дня / от 700 р.

Простые механизмы. Рычаг. Ворот. Опыты

Подробности

Просмотров: 512

11.2016

РЫЧАЖНЫЕ ВЕСЫ
Можно самому сделать забавные кухонные рычажные весы.
Рычагом, да заодно уже и чашкой этих весов, будет служить поварешка, подвижной гирей — шумовка, точкой опоры для рычага тут будут зубья вилки. Они лежат на шляпках двух гвоздей, воткнутых в пробку. Другой конец вилки вставлен в крючок поварешки вместе с кусочком пробки, чтобы не выпадал.
Поставь стол, на котором будут стоять весы, рядом со стеной.

На стене проведи горизонтальную линию. Взвешивая груз, передвигай шумовку до тех пор, пока поварешка не установится параллельно этой линии.
Как на настоящих весах на ручке поварешки нужно будет нанести деления.

Сначала отметь положение шумовки на поварешке без груза. Потом положи в черпак поварешки какой-нибудь груз массой 0,5 кг и передвигай шумовку, пока снова не установишь равновесие. Отметь и это положение шумовки. Промежуток между двумя отметками раздели по линейке на пять равных частей и проставь около делений цифры: 0; 0,1 кг; 0,2 кг и так до 0,5 кг.
Весы готовы!

РЫЧАГ
Обыкновенная палка стала для человека рычагом—-самым простым механизмом.
На обычной палке очень удобно вдвоем переносить груз.
Пользуясь ею, можно легко поднимать и передвигать тяжести.
Опыт 1
Возьмите не очень длинную палку, просуньте ее под ручку чемодана и, пригласив на помощь товарища, приподнимите вдвоем чемодан.

Если чемодан находится точно посередине, то один из вас будет нагружен одинаково. Но сдвиньте чемодан к одному из концов палки, и сразу все изменится. Более легким груз покажется тому, кто держит длинный конец.

Изменились плечи рычага, изменилось и соотношение сил, которые удерживают груз в поднятом положении.
Руки каждого из вас являются опорой рычага, и если расстояние до груза будет меньшим, то нагрузка на эту точку опоры будет большей.
Опыт 2
Возьмите небольшую палку и около одного из ее концов сбоку вбейте гвоздь. Наденьте на этот конец утюг (гвоздь нужен для того, чтобы утюг не соскользнул на пол) и положите рычаг на спинку стула. Держа рычаг за свободный конец, двигайте его, то приближая точку опоры к грузу, то удаляя от него.

Вы убедитесь, что, чем больше расстояние от руки до точки опоры, тем легче удержать груз. Тот же результат вы получите, если будете передвигать руку вдоль рычага к точке опоры, оставляя неизменным расстояние от опоры до груза.
Этот опыт можно и видоизменить.

Положите конец палки на спинку стула, отодвинув утюг немного дальше от конца. Держа палку за другой конец и двигая утюг, вы получите такой же результат, что и в первом опыте, когда с товарищем поднимали чемодан.

Рычаги разных видов встречаются в повседневной жизни на каждом шагу:
— тачку легче везти, если у нее длинные ручки;
— гвоздь выдернуть легче, если гвоздодер имеет большую длину;
— гайку завернуть значительно легче ключом с длинной рукояткой.
«ЗОЛОТОЕ ПРАВИЛО» МЕХАНИКИ
Но рычаг, облегчая человеку работу, сам не является источником энергии.
Здесь действует один из замечательных законов механики, который упрощенно выглядит так: выигрыш в силе — проигрыш в пути. Иной раз стоит пожертвовать более коротким путем, чтобы выиграть в силе. Работа все равно будет одна и та же, но сделать ее легче потому, что увеличению пути соответствует и увеличение времени. А за больший промежуток времени работу сделать легче — это ясно каждому.
При конструировании машин бывает и наоборот, когда жертвовать приходится силой, чтобы выиграть в пути, выиграть во времени.
ВОРОТ
Ворот является разновидностью рычага.
Вы, наверное, не раз убеждались, что ведро воды, когда вы его достаете из колодца с помощью ворота, кажется гораздо легче, чем когда вы его несете в руке. А ведь ведро одно и то же и воды в нем столько же.

Дело в том, что ворот — это тот же рычаг, только несколько видоизмененный. И здесь действует закон- выигрыш в силе — проигрыш в пути.

Следующая страница «Колебания и маятники. Опыты»

Назад в раздел «Простые опыты»

Что такое механизм?

История стара как мир: при меньшем получить больше.

Таков закон нашего существования в природе. Ресурсы человека ограничены, условия жизни — быстротечны и непредсказуемы, потребности — велики. А чтобы процветать и выживать, не нарушая пропорции данных трех переменных, необходимо умение не только подстраиваться, но и использовать с умом то, что дано. В конце концов, умение облегчить себе труд и превысить мышечные возможности — это то, что выделяет нас на фоне других представителей царства животных.

Именно поэтому технологические решения всегда развивались параллельно с человеком. Мы всегда были, есть и будем в поиске. В поиске того, что могло бы помочь нам выгадывать больше, вкладываясь меньше. И практически все, что мы придумывали во имя этой цели на протяжении тысячелетий, так или иначе можно отнести к понятию механизма.

Рисунок 2. Лопата? Лопата! Вообще-то является механизмом рычагового типа.

Механизм — это устройство, повышающее производительность труда и облегчающее его выполнение. Задача его проста — преобразовывать энергию и передавать движение: к механизму прикладывается сила, которую он в свою очередь «перерабатывает» и передает телу, совершая работу. Обычно наименьший неделимый элемент механизма называется простым или простейшим.

Ему можно дать следующее краткое определение:

Механизмы помогают нам везде. Начать с того, что в скелете человека все кости, имеющие свободный ход, являются «простыми механизмами» — рычагами. Продолжить можно чем угодно, хоть содержимым кухонного шкафчика: ножи, топорики для рубки мяса, открывашки, штопоры, ножницы и прочее — все это имеет отношение к простым механизмам. Двери, окна, тележки в супермаркетах, качели, пандусы, пинцеты, ручки смесителя в ванной, колодца, велосипеды, внутренности ремонтного ящика, от гвоздодера до кусачек… продолжать можно долго. Простые механизмы — основа нашей жизни.    

Клин

Клин. Если представить две наклонные плоскости, сходящиеся в одной точке, выйдет то, что называется клином.

Он помогает удерживать предметы на месте, но, что важнее, раскалывать тела или отделять от них части.

Ножи, мечи, топоры и прочие режущие предметы по механике действия классифицируются как клины. Кстати, на корпусе самолета они тоже есть: самолетные клинья помогают рассекать при движении воздух подобно тому, как кухонный нож прорезает свежий огурчик.

Это интересно: почему говорят «клин клином вышибают»?

Этимология фразеологизма тесно связана с тем, как в старину раскалывали массивные бревна.Одним клином с такой задачей было не справиться: забитый до упора, он лишь частично раскалывал бревно.Ни клин не достать обратно, ни дров не нарубить. Поэтому рядом с забитым клином вбивали рядом другой — так, чтобы второй заходил глубже и вышибал первый. И так далее, и тому подобное, до тех пор, пока деревянный брусок не расколется напополам.Вот и выходит, что клин клином вышибают в прямом смысле — один клин вышибают вторым. И откуда только взялась распространенная речевая ошибка «клин клином вышибает»?

Итоги

Так что же, простые механизмы насколько эффективны, что знаменитая архимедова «угроза» про переворот Земли — правда? 

А давайте забежим немного вперед и посчитаем. Допустим, среднестатистический человек способен поднять предмет весом около шестидесяти килограмм. Масса нашей планеты составляет примерно $5.9736 \cdot 10^{24}$ кг, но для простоты расчетов округлим и возьмем $6 \cdot 10^{24}$ кг. Какое же расстояние Архимеду пришлось бы преодолеть, чтобы поднять Землю?

Немного математической магии рычагов, о которой вы узнаете совсем скоро, и… выходит один миллион триллионов километров, он же квинтиллион.

Миллион триллионов выглядит неутешительно: 1 000 000 000 000 000 000. Даже из расчета скорости движения $1 м/с$ не то что жизни не хватит — не хватит и миллиарда жизней. Можете посчитать самостоятельно.

Подсказка: возраст Земли — четыре с половиной миллиарда лет. Так вот, пока Архимед будет двигать свой рычаг, Земля успеет пережить более 6000 циклов идущих друг за другом Больших взрывов и апокалипсисов.

Да и дали бы мы Архимеду точку опоры, пусть так. Вопрос в другом: как сконструировать рычаг такой неимоверной длины в земных условиях? 

Золотое правило механики

Рассмотренные нами простые механизмы применяют при выполнении работы в тех случаях, когда нужно меньшей силой уравновесить большую. Тогда перед нами встаёт вопрос: Простые механизмы дают выигрыш в силе, а дают ли они выигрыш в работе ?

Уравновесим рычаг, приложив к нему две разные по значению силы 

Видим, что теперь в правиле рычага можно заменить отношение плечей сил на отношение путей точек приложения сил, тогда получим:    Из свойства пропорции вытекает: 

По определению механической работы:   а , т. е. , отсюда делаем следующий вывод.

Рычаг выигрыша в работе не даёт.

Это касается и других простых механизмов.

Ни один из простых механизмов не даёт выигрыша в работе: во сколько раз выигрываем в силе, во столько же раз проигрываем в расстоянии.

Это правило назвали «золотым правилом» механики.

Дает ли выигрыш в работе простой механизм

Закрепим конец нити на крючке динамометра и прикрепим к ней груз массой 1 кг (рис.124). Начнем равномерно поднимать его вверх. Динамометр покажет, что к нити приложена сила 9,8 Н. Поднимем груз на высоту 0,25 м и рассчитаем работу, которая при этом будет выполнена:

Конец нити закрепим неподвижно на штативе и пропустим ее через подвижный блок, к которому прикреплен груз массой 1 кг.

К свободному концу нити прикрепим динамометр и обозначим на линейке положение точки присоединения динамометра (рис. 125). Постепенно будем поднимать динамометр до тех пор, пока груз не переместится на 0,25 м. Динамометр при этом будет показывать силу 4,9 Н, но путь, который прошла точка присоединения динамометра, будет равен 0, 5 м. Выполненная работа в этом случае

Проанализировав результаты эксперимента, можно сделать вывод, что использовав подвижный блок, мы получили выигрыш в силе в 2 раза, но проиграли в пути, на котором действовала эта сила, тоже в 2 раза. Работа оказалась одинаковой и в первом, и во втором случае.

Итак, поднимать груз при помощи подвижного блока легче, чем без него. Однако путь, на котором действует сила, будет соответственно большим.

Никакого выигрыша в работе блок не дал. Подобное явление можно наблюдать и при использовании рычага и наклонной плоскости. Такая закономерность была замечена учеными еще в античные времена и выражена в «золотом правиле» механики.

«Золотое правило» механики — это когда ни один простой механизм не дает выигрыша в работе. Если выигрываем в силе, то проигрываем в расстоянии.

При использовании простых механизмов оказывается, что при этом имеется даже некоторый проигрыш в работе. Так, выполняя работу с помощью простого механизма, нужно перемещать еще блок или рычаг, имеющих определенный вес, преодолевать силы трения. Эту работу нельзя назвать полезной.

Как оценить качество простого механизма

Чтобы оценить качество какого-либо простого механизма, сравнивают полезную работу, которую необходимо выполнить без этого механизма, с работой, которая выполняется с использованием простого механизма.

Число, показывающее, какую часть от всей выполненной работы составляет полезная работа называют коэффициентом полезного действия (КПД):

В формулах КПД обозначают греческой буквой («эта»).

Коэффициент полезного действия удобно выражать в процентах. Тогда

Коэффициент полезного действия может иметь различные значения. Чем его значение больше, тем лучшим считается механизм. Но ни один исследователь или инженер не смог бы изготовить механизм с КПД большим или равным 100 %. И это не из-за несовершенства технологий. Просто этому мешают законы природы, которые человек не в силах изменить.

Таким образом, чтобы оценить качество механизма, необходимо сравнить выполненную и полезную работу.

Заказать решение задач по физике

Пример задачи с решением

С помощью подвижного блока массой 2 кг на высоту 5 м подняли груз массой 20 кг. Определить коэффициент полезного действия установки.

Дано:

Решение

По определению 

Полезная работа 

Выполненная работа

Ответ. 

Рекомендую подробно изучить предметы:

Физика Атомная физика Ядерная физика Квантовая физика Молекулярная физика

Ещё лекции с примерами решения и объяснением:

• Потенциальная энергия
• Кинетическая энергия
• Закон сохранения и превращения механической энергии
• Работа, мощность и энергия
• Энергия в физике
• Мощность в физике
• Взаимодействие тел
• Механическая энергия и работа

Рычаги в технике и быту

Рассмотрим простой и привычный для нас инструмент – ножницы (рисунок 1).

Рисунок 1. Ножницы как рычаг.

Ножницы – это рычаг, ось вращения которого проходит через винт, соединяющий обе половины ножниц. Сила $F_1$ – это сила, с которой мы действуем на ножницы, когда что-то разрезаем (мускульная сила руки).

Противодействующая сила $F_2$ – это сила сопротивления разрезаемого материала. На рисунке 1 изображены канцелярские ножницы для резки бумаги. Они имеют длинные лезвия и большие ручки. Резать бумагу достаточно легко, а длинным лезвием удобно разрезать бумагу по прямой линии.

Но ножницы применяются для резки и других материалов, не только бумаги. Например, на рисунке 2 изображены ножницы для резки листового металла.

Рисунок 2. Ножницы для резки металла.

У таких ножниц ручки намного длиннее лезвий. Резать металл сложнее, чем бумагу – он имеет большую силу сопротивления. Поэтому, чтобы уравновесить эту силу, увеличили плечо действующей силы (с которой мы нажимаем на ножницы). Плечо действующей силы здесь – это длина ручек.

Для перекусывания проволоки используют кусачки (рисунок 3, 4).

Рисунок 3. Кусачки.Рисунок 4. Кусачки как рычаг.

Принцип устройства такой же как у ножниц, но здесь еще больше разница между длиной ручек и расстоянием режущей части от оси вращения. Кусачками также можно разрезать провода, некоторые металлы, пластмассу.

Используя лопату, мы используем принцип рычага (рисунок 5). Воткнув лопату в землю, удобно надавить ближе к концу черенка – так проще поднять ком земли. Таким образом мы максимально увеличим плечо рычага и приложим меньше усилий. В данном случае силы приложены по одну сторону от точки опоры О.

Рисунок 5. Лопата как рычаг.

Действие рычажных весов основано на принципе рычага. Учебные рычажные весы (рисунок 5) действуют как равноплечий рычаг. Это значит, что, когда весы находятся в равновесии, равные силы действую на равные плечи рычага. В таком случае нет выигрыша в силе. Вес гирь на одном чаше будет равен весу гирь на другой.

Рисунок 6. Учебные рычажные весы.

Различные рычаги имеются у многих машин. Например, педали велосипеда, клавиши пианино, педали различных автомобилей. На рисунке 7 изображена автомобильная педаль. К педали приложены две силы: $F_1$ – сила, с которой человек давит ногой на педаль, и $F_2$ – сила упругости натянутого троса, прикрепленного к педали.

Рисунок 7. Автомобильная педаль как рычаг.

Ось вращения этого рычага проходит через точку O. Если мы продолжим вектор $\vec F_1$ линией и опустим на эту линию перпендикуляр из точки O, то получим плечо силы $F_1$ (отрезок OA). Опустим перпендикуляр из точки O на линию действия силы $F_2$. Получился отрезок OB – плечо силы $F_2$.

Презентация на тему: » 1.Для чего нужны простые механизмы? 2.Какие виды простых механизмов существуют? 3.Где простые механизмы встречаются в природе? 4.Дают ли простые механизмы.» — Транскрипт:

2

1. Для чего нужны простые механизмы? 2. Какие виды простых механизмов существуют? 3. Где простые механизмы встречаются в природе? 4. Дают ли простые механизмы выигрыш в силе? 5. Есть ли простые механизмы во мне?

3

В физике простыми механизмами называют приспособлении типа рычагов или винтов. Они предназначены для того, чтобы уменьшить необходимое для производства работы усилие человека и использовать это усилие наиболее эффективно. Часто несколько простых механизмов соединяют вместе. В результате получаются более сложные механизмы сверла, часы. Колесо одно из важнейших изобретений человечества. На нем основано действие многих механизмов.

4

Виды простых механизмов

5

Рычаги Рычаг-простейшее механическое устройство, представляющее собой твёрдое тело (перекладину),вращающееся вокруг точки опоры. Стороны перекладины от точки опоры, называются «плечами»рычага.

6

Наклонная плоскость Наклонная плоскость это плоская поверхность, установленная под углом, отличным от прямого и/или нулевого, к горизонтальной поверхности. Наклонная плоскость позволяет преодолевать значительное сопротивление, прилагая сравнительно малую силу на большем расстоянии, чем то, на которое нужно поднять груз.

7

Блок Блоки Блоки – простые механические устройства, позволяющие изменять силу: либо по направлению, либо по направлению и по модулю. Любой блок представляет собой колесо с жёлобом по окружности, вращающееся вокруг своей оси. Жёлоб предназначен для каната, цепи, ремня и т.п.

8

Клин Клин простой механизм в виде призмы, рабочие поверхности которого сходятся под острым углом. Используется для раздвижения, разделения на части обрабатываемого предмета. Клин одна из разновидностей механизма под названием «наклонная плоскость».

9

Ворот Ворот простейший механизм, предназначенный для создания тягового усилия на канате (тросе, верёвке). Синоним простейшей лебёдки.

10

Винты Винт крепёжное изделие в виде стержня с наружной резьбой на одном конце и конструктивным элементом для передачи крутящего момента на другом. Передающим усилие элементом могут являться различного рода головки, шлицы в торце стержня и т. п. От шурупа винт отличается тем, что не имеет конического сужения на конце и не создаёт резьбу при вкручивании. Винт предназначен для образования резьбового соединения или фиксации.

11

Башенные краны используются при строительстве высотных домов Рычаги и блоки в устройстве экскаватора

12

Колесо Колесо́Колесо́ движитель, круглый (как правило), свободно вращающийся или закреплённый на оси диск, позволяющий поставленному на него телу катиться, а не скользить. Широко применяется для транспортировки грузов, повсеместно используется в различных механизмах и инструментах. Модель колеса неизвестного назначения обнаружена при раскопках древней стоянки Сунгирь Владимирской области (25 тыс. лет назад).

13

Зубчатая передача Зубчатая передача это механизм или часть механизма механической передачи, в состав которого входят зубчатые колёса.

14

Одноплечий рычаг руки человека Рычаги передней конечности собаки

15

Сила тяги мышц и связок, прикреплённых к затылочной кости Сила тяжести головы Пример работы рычага – действие свода стопы при подъёме на полупальцы

16

Короткое плечо рычага стережёт вход в цветок Длинное плечо рычага

17

«Колющие орудия» многих животных и растений по форме напоминают клин

18

У кошек рычагами являются подвижные когти У членистоногих – большинство сегментов их наружного скелета

19

Короткие лапы крота рассчитаны на развитие больших сил при малой скорости У двустворчатых моллюсков простыми механизмами являются створки раковины

20

Применение условия равновесия рычага при работе с тачкой Применяя условие равновесия рычага, первому человеку легче нести груз, если он находится ближе к плечу

22

Я проверил на практике: 1. Наклонная плоскость даёт выигрыш в силе во столько раз, во сколько её длина больше высоты. При увеличении крутизны наклонной плоскости выигрыш в силе уменьшается. 2. Так как действие стопы при подъёме тела на полупальцы является примером работы рычага, то я решил оценить свою мышечную силу при ходьбе. Моя мышечная сила при ходьбе 388Н. 3. Выигрыш в силе винта равен 22.

23

Выводы: нет ни одной семьи, которая не пользуется простыми механизмами; 100 % членов семей пользуются клином (разновидность наклонной плоскости);100% членов семей используют в своей жизни грабли, лопаты, мотыги, кусачки, гвоздодеры, веники и другие инструменты (рычаги).

24

Выводы: не все учащиеся 7»А» класса могут применять свои знания о рычагах, — некоторые школьники умеют правильно использовать свойства рычагов, хотя им никто этого не объяснял.

Простые механизмы в физике

Рычаг, как любой простой механизм, – преобразователь сил.

Блок – равноплечий рычаг. Представлен вращающимся колесом с желобком для верёвки по всей длине окружности. Неподвижный блок не даёт выигрыша в силе, а направляет её. Ось подвижного блока располагается в обоймах, двигается с ними, поэтому позволяет управлять силой. Для получения выигрыша также применяются сдвоенные блоки разного диаметра, насаженные на одну ось.

Ворот – модифицированный двойной блок, ранее применяемый для перетаскивания и подъёма грузов на небольшие расстояния либо высоты. В вороток вставляются длинные спицы, играющие роль большего блока, с радиусом большим, чем у меньшего блока.

В технике также применяют:

• полиспасты – сложные комбинации из двух групп блоков: одни – подвижные, вторые – неподвижные;
• дифференциальные блоки – двойной и одинарный, где применяется бесконечная цепь.

Распространены простые механизмы, такие как винт и клин. Пример клина – лезвие колуна. По тыльной стороне инструмента наносятся удары, например, кувалдой, и устройство погружается в древесину, раскалывая её. Чем меньше угол заточки лезвия, тем проще оно входит в дерево.

Клин применяется и для подъёма грузов. Особенность обоих видов клина – значительная сила трения, действующая между телом и боковыми гранями приспособления.

Винт работает по принципу клина, где вместо ударов совершается вращение крупного болта с малым шагом резьбы. Применяется в прессах, колунах, домкратах, при завинчивании крепежей (саморезов).

Примеры простых механизмов в повседневной жизни:

• винт – пресс для выжимки сока, подъёмные механизмы, домкрат;
• рычаг – ножницы, плоскогубцы, клещи;
• ворот – вороток для резьбонарезных метчиков, средства управления транспортом (руль автомобиля), колесо;
• блок – подъём песка из ямы или на второй этаж на небольшой стройплощадке;
• клин – колун для раскалывания поленьев, наклонная поверхность для качения бочек или цилиндрических предметов (огромных тюков сена) наверх.

Какие простые механизмы вы знаете и используете в быту кроме названных? К какой категории отнести дверь в автомобиле, тиски, лебёдку?

Определение и разновидности

Из уроков истории известны факты применения приспособлений для метания снарядов, перемещения строительных материалов, передачи механической энергии. Они вызывали движения, преодолевающие большие силы, особенно противодействующие им в начале процесса, например, сдвигание тяжелого камня с места. Из предыдущих уроков вы знаете, что такое механическая работа. Она вычисляется как произведение приложенной к телу силы на преодолённое под её действием расстояние: A = F*s.

Природа создана так, что в замкнутой системе получить выигрыш в работе нельзя. Во сколько раз меньшую силу приложите, во столько проиграете в расстоянии – тело придётся перемещать дальше и наоборот. Простые механизмы применяют для того, чтобы развивать силы, равные по модулю и противоположные по значению противодействующим движению силам. 

При расчётах величиной сил трения могут пренебрегать.

Виды силы трения

В зависимости от вида трущихся поверхностей, различают сухое и вязкое трение. В свою очередь, оба подразделяются на другие виды силы трения.

1. Сухое трение возникает в области контакта поверхностей твёрдых тел в отсутствие жидкой или газообразной прослойки. Этот вид трения может возникать даже в состоянии покоя или в результате перекатывания одного тела по другому, поэтому здесь выделяют три вида силы трения:

• трение скольжения,
• трение покоя,
• трение качения.  

1. Вязкое трение возникает при движении твёрдого тела в жидкости или газе. Оно препятствует движению лодки, которая скользит по реке, или воздействует на летящий самолёт со стороны воздуха. Интересная особенность вязкого трения в том, что отсутствует трение покоя. Попробуйте сдвинуть пальцем лежащий на земле деревянный брус и проделайте тот же эксперимент, опустив брус на воду. Чтобы сдвинуть брус с места в воде, будет достаточно сколь угодно малой силы. Однако по мере роста скорости силы вязкого трения сильно увеличиваются.

Направление силы трения

Сила трения скольжения всегда направлена противоположно скорости относительного движения соприкасающихся тел

Важно помнить, что на каждое из соприкасающихся тел действует своя сила трения

Бывают ситуации, когда сила трения не препятствует движению, а совсем наоборот.

Представьте, что на ленте транспортёра лежит чемодан. Лента трогается с места, и чемодан движется вместе с ней. Сила трения между лентой и чемоданом оказалась достаточной, чтобы преодолеть инерцию чемодана, и эти тела движутся как одно целое. На чемодан действует сила трения покоя, возникающая при взаимодействии соприкасающихся поверхностей, которая направлена по ходу движения ленты транспортёра.

 Если бы лента была абсолютно гладкой, то чемодан начал бы скользить по ней, стремясь сохранить своё состояние покоя. Напомним, что это явление называется инерцией.

Сила трения покоя, помогающая нам ходить и бегать, также направлена не против движения, а вперёд по ходу перемещения. При повороте же автомобиля  сила трения покоя и вовсе направлена к  центру окружности. 

Для того чтобы понять, как направлена сила трения покоя, нужно предположить, в каком направлении стало бы двигаться тело, будь поверхность идеально гладкой. Сила трения покоя в этом случае будет направлена как раз в противоположную сторону. Пример, лестница у стены.