Mis on kangi tasakaalu reegel. Kangi hoob. Kangi tasakaal. Võimu hetk. Mehaanika kuldreegel

Kas sa tead, mis on plokk? See on selline ümmargune konksuga varustus, mille abil tõstetakse ehitusobjektidel koormaid kõrgusele.

Näeb välja nagu kang? Vaevalt. Samas on plokk ka lihtne mehhanism. Veelgi enam, võime rääkida kangi tasakaaluseaduse rakendatavusest ploki suhtes. Kuidas on see võimalik? Selgitame välja.

Tasakaaluseaduse rakendamine

Plokk on seade, mis koosneb rattast, millel on soon, millest juhitakse läbi tross, köis või kett, samuti rattatelje külge kinnitatud konksuga hoidikust. Plokk võib olla fikseeritud või teisaldatav. Fikseeritud plokil on fikseeritud telg ja see ei liigu koormuse tõstmisel või langetamisel. Liikumatu plokk aitab muuta jõu suunda. Olles visanud üle sellise ploki köie, mis on ülaosas riputatud, saame koorma üles tõsta, olles ise all. Fikseeritud ploki kasutamine ei anna meile aga jõudu juurde. Võime kujutada plokki kui hooba, mis pöörleb ümber fikseeritud toe – ploki telje. Siis on ploki raadius võrdne mõlemale poole jõududega rakendatud õlgadega - meie trossi tõmbejõud koormaga ühel küljel ja koormuse raskusjõud teisel küljel. Õlad on vastavalt võrdsed, jõudu ei suurene.

Liikumisplokiga on olukord teine. Liigutatav plokk liigub koos koormaga, justkui lebaks see köiel. Sel juhul on tugipunkt igal ajahetkel ploki kokkupuutepunktis trossiga ühel küljel, koormus rakendatakse ploki keskpunktile, kus see on kinnitatud telje külge ja tõmbejõudu rakendatakse ploki teisel küljel oleva köiega kokkupuutepunktis. See tähendab, et keharaskuse õlg on ploki raadius ja meie tõukejõu õlg on läbimõõt. Läbimõõt, nagu teate, on vastavalt kaks korda suurem kui raadius, käed erinevad pikkuses kaks korda ja liikuva ploki abil saadav tugevus on kaks. Praktikas kasutatakse fikseeritud ploki kombinatsiooni liigutatava plokiga. Ülevalt kinnitatud liikumatu plokk ei anna jõudu juurde, kuid aitab all seistes koormat tõsta. Ja liikuv plokk, liikudes koos koormaga, kahekordistab rakendatavat jõudu, aidates tõsta suuri koormusi kõrgusele.

Mehaanika kuldreegel

Tekib küsimus: kas kasutatavad seadmed annavad töövõitu? Töö on läbitud vahemaa korrutis rakendatud jõuga. Mõelge kangile, mille käed erinevad käe pikkuse poolest kaks korda. See võimendus annab meile kaks korda tugevuse, kuid kaks korda suurem võimendus liigub kaks korda kaugemale. See tähendab, et vaatamata jõu suurenemisele on tehtud töö sama. See on töö võrdsus lihtsate mehhanismide kasutamisel: mitu korda saame jõudu juurde, nii mitu korda kaotame kauguses. Seda reeglit nimetatakse mehaanika kuldreegliks., ja see kehtib absoluutselt kõigi lihtsate mehhanismide kohta. Seetõttu hõlbustavad lihtsad mehhanismid inimese tööd, kuid ei vähenda tema tehtud tööd. Need aitavad lihtsalt üht tüüpi pingutusi teisendada, mis on konkreetses olukorras mugavam.

Sektsioonid: Füüsika

Tunni tüüp:õppetund

Tunni eesmärgid:

• Hariduslik:
  • lihtsate mehhanismide kasutamise tundmine looduses ja tehnikas;
  • kujundada teabeallikate analüüsi oskused;
  • katseliselt kehtestada kangi tasakaalureegel;
  • kujundada õpilastes katsete (katsete) läbiviimise ja nendest järelduste tegemise oskust.
• Arendamine:
  • arendada oskust vaadelda, analüüsida, võrrelda, üldistada, klassifitseerida, koostada diagramme, teha järeldusi õpitava materjali kohta;
  • arendada kognitiivset huvi, mõtlemise ja intellekti sõltumatust;
  • arendada pädevat suulist kõnet;
  • arendada praktilisi oskusi.
• Hariduslik:
  • kõlbeline kasvatus: armastus looduse vastu, seltsimeheliku vastastikuse abistamise tunne, rühmatöö eetika;
  • kultuurikasvatus kasvatustöö korraldamisel.

Põhimõisted:

• mehhanismid
• kangi hoob
• jõu õlg
• blokk
• värav
• kaldtasapind
• kiil
• kruvi

Varustus: arvuti, esitlus, jaotusmaterjal (töökaardid), kang statiivil, raskuste komplekt, laborikomplekt teemal "Mehaanika, lihtsad mehhanismid".

TUNNIDE AJAL

I. Organisatsioonietapp

1. Tervitus.
2. Puudujate kindlaksmääramine.
3. Õpilaste tunniks valmisoleku kontrollimine.
4. Klassi tunniks valmisoleku kontrollimine.
5. Tähelepanu organiseerimine .

II. Kodutöö kontrollimise etapp

1. Avaldades tõsiasja, et kodutöid tegi terve klass.
2. Töövihikus olevate ülesannete visuaalne kontroll.
3. Üksikute õpilaste ülesande mittetäitmise põhjuste väljaselgitamine.
4. Küsimused kodutööde kohta.

III. Õpilaste ettevalmistamise etapp uue materjali aktiivseks ja teadlikuks omastamiseks

"Ma saaksin Maad kangiga pöörata, andke mulle lihtsalt tugipunkt"

Archimedes

Arva ära mõistatused:

1. Kaks rõngast, kaks otsa ja nelgid keskel. ( Käärid)

2. Kaks õde rokkisid – nad otsisid tõde ja kui selle saavutasid, siis lõpetasid. ( Kaalud)

3. Poognad, poognad - tulevad koju - venivad välja. ( Ax)

4. Missugune imehiiglane?
Sirutab käe pilvedeni
Tööd tegemas:
Aitab ehitada maja. ( Kraana)

- Vaadake uuesti hoolikalt vastuseid ja nimetage neid ühe sõnaga. "Tööriist, masin" tähendab kreeka keeles "mehhanisme".

mehhanism- kreeka sõnast "????v?" - relv, hoone.
Auto- ladina sõnast " masin" – hoone.

- Selgub, et tavaline kepp on kõige lihtsam mehhanism. Kes teab, kuidas seda nimetatakse?
- Sõnastame koos tunni teema: ....
– Avage vihikud, kirjutage üles tunni kuupäev ja teema: „Lihtsad mehhanismid. Kangi tasakaalutingimused.
- Mis on eesmärk, mille peaksime teiega täna tunnis seadma ...

IV. Uute teadmiste assimilatsiooni etapp

"Ma saaksin Maad kangiga pöörata, andke mulle lihtsalt tugipunkt" - need sõnad, mis on meie õppetunni epigraaf, ütles Archimedes rohkem kui 2000 aastat tagasi. Ja inimesed mäletavad neid siiani ja liiguvad suust suhu. Miks? Kas Archimedesel oli õigus?

- Inimesed hakkasid hoobasid kasutama iidsetel aegadel.
Mis sa arvad, milleks need on?
- Muidugi, et oleks lihtsam töötada.
- Esimesena kasutas kangi meie kauge eelajalooline esivanem, kes liigutas pulgaga raskeid kive, otsides söödavaid juuri või juurte all peituvaid väikeloomi. Jah, jah, sest tavaline kepp, millel on toetuspunkt, mille ümber saab keerata, on tõeline kang.
On palju tõendeid selle kohta, et iidsetes riikides - Babüloonias, Egiptuses, Kreekas - kasutasid ehitajad kujude, sammaste ja tohutute kivide tõstmisel ja transportimisel laialdaselt hoobasid. Toona ei teadnud nad kangi seadust, kuid teadsid juba hästi, et võimekates kätes olev kang muudab raske koorma kergeks.
Kangi hoob- on peaaegu iga kaasaegse masina, tööpingi, mehhanismi lahutamatu osa. Ekskavaator kaevab kraavi - selle kopaga raudne "käsi" toimib hoovana. Juht muudab auto kiirust käigukangi abil. Apteeker riputab pulbrid väga täpsele apteegikaalule, nende kaalude põhiosa moodustab kang.
Aias peenraid kaevates saab ka meie käes olev labidas kangiks. Igasugused nookurid, käepidemed ja väravad on kõik hoovad.

- Tutvume lihtsate mehhanismidega.

Klass on jagatud kuueks katserühmaks:

1. uurib kaldtasapinda.
2. uurib kangi.
3. õpib plokki.
4. uurib väravat.
5. õpib kiilu.
6. uurib kruvi.

Tööd tehakse vastavalt töökaardil igale rühmale pakutud kirjeldusele. ( Lisa 1 )

Koostame õpilaste vastuste põhjal diagrammi. ( 2. lisa )

- Milliste mehhanismidega tutvusite ...
Milleks on lihtsad masinad? …

Kangi hoob- jäik korpus, mis on võimeline pöörlema ​​ümber fikseeritud toe. Praktikas võib kangi rolli täita kepp, laud, raudkang vms.
Kangil on tugipunkt ja õlg. Õlg- see on lühim kaugus tugipunktist jõu toimejooneni (st rist, mis on langenud toetuspunktist jõu mõjujoonele).
Tavaliselt võib kangile rakendatavaid jõude pidada kehade raskuseks. Ühte jõudu nimetame vastupanujõuks, teist - edasiviivaks jõuks.
Pildil ( 4. lisa ) näete võrdse käega hooba, mida kasutatakse jõudude tasakaalustamiseks. Kangi sellise rakenduse näide on kaal. Mis teie arvates juhtub, kui üks jõud kahekordistub?
Just, kaal läheb tasakaalust välja (näitan tavakaaludel).
Kas teie arvates on võimalik tasakaalustada suuremat jõudu väiksemaga?

Poisid, ma soovitan teil ajal mini eksperiment tuletage kangi tasakaalutingimus.

Katse

Laudadel on laborihoovad. Uurime koos teiega, millal on kang tasakaalus.
Selleks riputage üks koorem konksule paremal küljel 15 cm kaugusel teljest.

• Tasakaalustage kang ühe raskusega. Mõõtke oma vasak õlg.
• Tasakaalustage kang, kuid kahe raskusega. Mõõtke oma vasak õlg.
• Tasakaalustage kang, kuid kolme raskusega. Mõõtke oma vasak õlg.
• Tasakaalustage kang, kuid nelja raskusega. Mõõtke oma vasak õlg.

- Milliseid järeldusi saab teha:

• Seal, kus on rohkem jõudu, on vähem võimendust.
• Mitu korda on jõud suurenenud, mitu korda õlg vähenenud,

- Sõnastame kangi tasakaalu reegel:

Hoob on tasakaalus, kui sellele mõjuvad jõud on pöördvõrdelised nende jõudude õlgadega.

- Ja nüüd proovige see reegel matemaatiliselt üles kirjutada, see tähendab valem:

F 1 l 1 = F 2 l 2 => F 1 / F 2 \u003d l 2 / l 1

Kangi tasakaalureegli kehtestas Archimedes.
Sellest reeglist tuleneb et väiksemat jõudu saab tasakaalustada suurema jõu võimendusega.

Lõõgastus: Sulgege silmad ja katke need peopesadega. Kujutage ette valget paberilehte ja proovige sellele mõttes kirjutada oma nimi ja perekonnanimi. Pange kirje lõppu punkt. Nüüd unusta tähed ja jäta meelde ainult punkt. See peaks tunduma teile aeglaste ja õrnade liigutustega küljelt küljele liikuvana. Olete lõdvestunud... eemaldage oma peopesad, avage silmad, me naaseme pärismaailma täis jõudu ja energiat.

V. Uute teadmiste kinnistamise etapp

1. Jätkake fraasi ...

• Hoob on... tahke, mis saab pöörlema ​​ümber fikseeritud toe
• Kang on tasakaalus, kui... sellele mõjuvad jõud on pöördvõrdelised nende jõudude õlgadega.
• Jõu käsivars on... lühim kaugus toetuspunktist jõu toimejooneni (s.o. rist, mis on langenud toetuspunktist jõu mõjujoonele).
• Tugevust mõõdetakse...
• Finantsvõimendust mõõdetakse...
• Lihtsad masinad on... kang ja selle sordid: - kiil, kruvi; kaldtasapind ja selle sordid: kiil, kruvi.
• Selleks on vaja lihtsaid mehhanisme... et jõudu juurde saada

2. Täitke tabel (ise):

Leidke seadmetes lihtsad mehhanismid

VASTASTIKUNE KONTROLL

Kandke hinnang pärast vastastikust eksperdihinnangut enesehindamise tabelisse.

Kas Archimedesel oli õigus?

Archimedes oli kindel, et pole olemas nii suurt koormust, mida inimene ei tõstaks – tuleb lihtsalt kangi kasutada.
Ja ometi liialdas Archimedes inimese võimalustega. Kui Archimedes oleks teadnud, kui tohutu on Maa mass, oleks ta ilmselt hoidunud legendi järgi talle omistatud hüüatusest: "Anna mulle toetuspunkt, ja ma tõstan Maa üles!". Maakera vaid 1 cm liigutamiseks peaks Archimedese käsi ju läbima 10 18 km kaugusele. Selgub, et Maa liigutamiseks millimeetri võrra peab kangi pikk õlg olema suurem kui 100 000 000 000 triljoni lühike õlg. üks kord! Selle õla ots oleks läbinud 1 000 000 triljonit. kilomeetrit (umbes). Ja selline teekond võtaks mehel palju miljoneid aastaid!.. Aga see on juba teise õppetunni teema.

VI. Õpilastele kodutööde kohta teabe edastamise etapp, juhised selle täitmiseks

1. Kokkuvõtete tegemine: mida uut tunnis õpiti, kuidas klass töötas, kes õpilastest töötas eriti usinalt (hinded).

2. Kodutöö

Kõigile: § 55-56
Soovijatele: koostage ristsõna teemal “Lihtsad mehhanismid minu majas”
Individuaalselt: koostage sõnumid või esitlus "Võidab eluslooduses", "Meie käte tugevus".

- Õppetund lõpetatud! Hüvasti, kõike head teile!

Kangi on jäik korpus, mis võib pöörata ümber fikseeritud punkti. Fikseeritud punkti nimetatakse tugipunkt. Nimetatakse kaugust tugipunktist jõu toimejooneni õlg see tugevus.

Kangi tasakaaluseisund: kang on tasakaalus, kui kangile mõjuvad jõud F1 Ja F2 kipuvad seda pöörama vastassuundades ja jõudude moodulid on pöördvõrdelised nende jõudude õlgadega: F1/F2 = l 2 / l 1 Selle reegli kehtestas Archimedes. Legendi järgi hüüdis ta: Anna mulle tugipunkt ja ma tõstan maa .

Kangi jaoks mehaanika "kuldreegel". (kui hoova hõõrdumist ja massi saab tähelepanuta jätta).

Pikale kangile teatud jõudu rakendades on võimalik kangi teise otsaga tõsta koormat, mille kaal ületab selle jõu kõvasti. See tähendab, et võimendust kasutades saate jõudu juurde. Finantsvõimenduse kasutamisel kaasneb tugevuse suurenemisega tingimata sama kaotus.

Võimu hetk. hetke reegel

Jõumooduli ja selle õla korrutist nimetatakse jõumoment.M = Fl , kus M on jõumoment, F on jõud, l on jõu õlg.

hetke reegel: hoob on tasakaalus, kui kangi ühes suunas pöörata püüdvate jõudude momentide summa on võrdne nende jõudude momentide summaga, mis püüavad seda pöörata vastassuunas. See reegel kehtib iga jäiga keha kohta, mis suudab pöörlema ​​ümber fikseeritud telje.

Jõumoment iseloomustab jõu pöörlevat toimet. See tegevus sõltub nii jõust kui ka tema õlast. Seetõttu püütakse näiteks ust avada soovides rakendada jõudu võimalikult kaugel pöörlemisteljest. Väikese jõu abil luuakse oluline hetk ja uks avaneb. Hingede lähedale survet avaldades on seda palju keerulisem avada. Samal põhjusel on mutrit lihtsam pikemaga lahti keerata mutrivõti, kruvi on lihtsam eemaldada laiema käepidemega kruvikeerajaga jne.

Jõumomendi SI ühik on njuutoni meeter (1 N*m). See on jõumoment 1 N, mille õlg on 1 m.

Kangi on jäik korpus, mis võib pöörata ümber fikseeritud punkti.

Fikseeritud punkti nimetatakse tugipunktiks.

Tuntud näide kangist on kiik (joon. 25.1).

Kui kaks inimest kiigel tasakaalustavad teineteist? Alustame tähelepanekutega. Muidugi olete märganud, et kaks kiigel olevat inimest tasakaalustavad teineteist, kui neil on ligikaudu sama kaal ja nad asuvad tugipunktist ligikaudu samal kaugusel (joonis 25.1, a).

Riis. 25.1. Kiigu tasakaaluseisund: a - võrdse kaaluga inimesed tasakaalustavad üksteist, kui nad istuvad tugipunktist võrdsel kaugusel; b - inimesed erinev kaal tasakaalustage üksteist, kui raskem istub tugipunktile lähemal

Kui need kaks on kaalult väga erinevad, tasakaalustavad nad üksteist ainult tingimusel, et raskem istub tugipunktile palju lähemal (joon. 25.1, b).

Liigume nüüd vaatlustelt katsete juurde: leiame eksperimentaalselt hoova tasakaalu tingimused.

Paneme kogemusi

Kogemused näitavad, et võrdse kaaluga koormused tasakaalustavad kangi, kui need on riputatud tugipunktist samal kaugusel (joonis 25.2, a).

Kui kaubal on erinev kaal, siis on kang tasakaalus, kui suurem koormus on toetuspunktile nii mitu korda lähemal, mitu korda on selle kaal suurem kerge koormuse kaalust (joon. 25.2, b, c).

Riis. 25.2. Katsed kangi tasakaaluseisundi leidmiseks

Kangi tasakaaluseisund. Kaugust tugipunktist sirgjooneni, mida mööda jõud mõjub, nimetatakse selle jõu õlaks. Olgu F 1 ja F 2 kangile mõjuvaid jõude koormate küljelt (vt joonisel 25.2 paremal pool olevaid diagramme). Tähistame nende jõudude õlad vastavalt l 1 ja l 2 . Meie katsed on näidanud, et kang on tasakaalus, kui kangile rakenduvad jõud F 1 ja F 2 kipuvad seda pöörama vastassuundades ning jõudude moodulid on pöördvõrdelised nende jõudude õlgadega:

F 1 / F 2 \u003d l 2 / l 1.

Selle kangi tasakaalu tingimuse kehtestas Archimedes eksperimentaalselt 3. sajandil eKr. e.

Kangi tasakaaluseisundit saate õppida kogemuse kaudu laboritööd № 11.