قاعده تعادل اهرم چیست. بازوی اهرمی. تعادل اهرمی. لحظه قدرت. قانون طلایی مکانیک

آیا می دانید بلوک چیست؟ این یک ابزار گرد با یک قلاب است که با کمک آن در سایت های ساختمانی بارها را به ارتفاع بالا می برند.

شبیه اهرم است؟ به ندرت. با این حال، بلوک نیز یک مکانیسم ساده است. علاوه بر این، می توان در مورد کاربرد قانون تعادل اهرم در بلوک صحبت کرد. چه طور ممکنه؟ بیایید آن را بفهمیم.

کاربرد قانون تعادل

بلوک وسیله ای است که از چرخی با شیاری که کابل، طناب یا زنجیر از آن عبور می کند و همچنین نگهدارنده ای با قلاب متصل به محور چرخ تشکیل شده است. بلوک می تواند ثابت یا متحرک باشد. بلوک ثابت دارای یک محور ثابت است و با بالا و پایین رفتن بار حرکت نمی کند. بلوک غیر متحرک به تغییر جهت نیرو کمک می کند. با پرتاب یک طناب روی چنین بلوکی که در بالا معلق است، می توانیم بار را بلند کنیم، در حالی که خودمان در پایین هستیم. با این حال، استفاده از یک بلوک ثابت به ما افزایش قدرت نمی دهد. ما می توانیم یک بلوک را به عنوان یک اهرم در حال چرخش حول یک تکیه گاه ثابت - محور بلوک تصور کنیم. سپس شعاع بلوک برابر با شانه های اعمال شده در هر دو طرف نیروها خواهد بود - نیروی کشش طناب ما با بار در یک طرف و گرانش بار از طرف دیگر. شانه ها به ترتیب برابر خواهند بود، هیچ افزایشی در قدرت وجود ندارد.

وضعیت در مورد بلوک متحرک متفاوت است. بلوک متحرک همراه با بار حرکت می کند، گویی روی یک طناب قرار دارد. در این حالت، تکیه گاه در هر لحظه از زمان در نقطه تماس بلوک با طناب در یک طرف، بار به مرکز بلوک، جایی که به محور متصل است، اعمال می شود و نیروی کشش در نقطه تماس با طناب در طرف دیگر بلوک اعمال می شود. یعنی شانه وزن بدن شعاع بلوک و شانه نیروی رانش ما قطر خواهد بود. همانطور که می دانید قطر به ترتیب دو برابر شعاع است، طول بازوها با ضریب دو متفاوت است و افزایش قدرت بدست آمده با استفاده از بلوک متحرک دو است. در عمل از ترکیب بلوک ثابت با بلوک متحرک استفاده می شود. یک بلوک غیر متحرک که در بالا ثابت شده است، افزایش قدرت ایجاد نمی کند، اما به بلند کردن بار در هنگام ایستادن در زیر کمک می کند. و بلوک متحرک، با حرکت همراه با بار، نیروی اعمال شده را دو برابر می کند و به بلند کردن بارهای بزرگ تا ارتفاع کمک می کند.

قانون طلایی مکانیک

این سوال مطرح می شود: آیا دستگاه های مورد استفاده باعث افزایش کار می شوند؟ کار حاصل ضرب مسافت طی شده ضربدر نیروی اعمال شده است. اهرمی را با بازوهایی در نظر بگیرید که در طول بازو ضریب دو تفاوت دارند. این اهرم به ما دو برابر افزایش قدرت می دهد، با این حال، اهرم دو برابر بیشتر دو برابر مسافت را طی می کند. یعنی با وجود افزایش قدرت، کار انجام شده یکسان خواهد بود. این برابری کار هنگام استفاده از مکانیسم‌های ساده است: چند بار افزایش قدرت داریم، چند بار در فاصله از دست می‌دهیم. این قانون را قانون طلایی مکانیک می نامند.، و کاملاً برای همه مکانیسم های ساده اعمال می شود. بنابراین، مکانیسم های ساده کار یک فرد را تسهیل می کند، اما کار انجام شده توسط او را کاهش نمی دهد. آنها به سادگی کمک می کنند تا یک نوع تلاش را به دیگری تبدیل کنند که در یک موقعیت خاص راحت تر است.

بخش ها: فیزیک

نوع درس:درس یادگیری

اهداف درس:

• آموزشی:
  • آشنایی با استفاده از مکانیسم های ساده در طبیعت و تکنولوژی؛
  • ایجاد مهارت های تجزیه و تحلیل منابع اطلاعاتی؛
  • برای ایجاد تجربی قانون تعادل اهرم؛
  • ایجاد توانایی دانش آموزان برای انجام آزمایش ها (آزمایش ها) و نتیجه گیری از آنها.
• در حال توسعه:
  • توانایی مشاهده ، تجزیه و تحلیل ، مقایسه ، تعمیم ، طبقه بندی ، ترسیم نمودارها ، نتیجه گیری در مورد مطالب مورد مطالعه را توسعه دهید.
  • توسعه علاقه شناختی، استقلال تفکر و عقل.
  • توسعه گفتار شفاهی شایسته؛
  • مهارت های عملی را توسعه دهید.
• آموزشی:
  • آموزش اخلاقی: عشق به طبیعت، احساس کمک متقابل رفاقتی، اخلاق کار گروهی.
  • آموزش فرهنگ در سازماندهی کار آموزشی.

مفاهیم اساسی:

• مکانیسم ها
• بازوی اهرمی
• شانه قدرت
• مسدود کردن
• دروازه
• سطح شیب دار
• گوه
• پیچ

تجهیزات:کامپیوتر، ارائه، جزوه (کارت کار)، اهرم روی سه پایه، مجموعه ای از وزنه ها، مجموعه آزمایشگاهی با موضوع "مکانیک، مکانیسم های ساده".

در طول کلاس ها

I. مرحله سازمانی

1. احوالپرسی.
2. تعیین غایب.
3. بررسی آمادگی دانش آموزان برای درس.
4. بررسی آمادگی کلاس درس برای درس.
5. سازماندهی توجه .

II. مرحله بررسی تکالیف

1. افشای این واقعیت که تکالیف توسط کل کلاس انجام شده است.
2. بررسی بصری وظایف در کتاب کار.
3. پی بردن به دلایل عدم انجام تکلیف توسط تک تک دانش آموزان.
4. سوالات در مورد تکالیف.

III. مرحله آماده سازی دانش آموزان برای جذب فعال و آگاهانه مطالب جدید

"من می توانم زمین را با یک اهرم بچرخانم، فقط به من تکیه گاه بده"

ارشمیدس

معماها را حدس بزنید:

1. دو حلقه، دو سر و میخک در وسط. ( قیچی)

2. دو خواهر تکان خوردند - آنها به دنبال حقیقت بودند و وقتی به آن دست یافتند متوقف شدند. ( ترازو)

3. کمان، کمان - به خانه خواهد آمد - دراز کنید. ( تبر)

4. چه نوع غول معجزه آسایی؟
دستش را به سمت ابرها دراز می کند
انجام کار:
به ساخت خانه کمک می کند. ( جرثقیل)

- دوباره با دقت به پاسخ ها نگاه کنید و آنها را در یک کلمه صدا بزنید. "ابزار، ماشین" در یونانی به معنای "مکانیسم" است.

سازوکار- از کلمه یونانی "????v?" - ابزار, ساختمان.
ماشین- از کلمه لاتین " دستگاه" – ساختمان.

- معلوم می شود که یک چوب معمولی ساده ترین مکانیسم است. کی میدونه اسمش چیه
- موضوع درس را با هم تنظیم کنیم: ....
– دفترچه ها را باز کنید، تاریخ و موضوع درس را یادداشت کنید: «مکانیسم های ساده. شرایط تعادل اهرمی
- هدفی که باید امروز با شما در درس تعیین کنیم چیست؟

IV. مرحله جذب دانش جدید

ارشمیدس بیش از 2000 سال پیش گفت: "من می توانم زمین را با یک اهرم بچرخانم، فقط به من تکیه گاه بدهم" - این کلمات، که خلاصه درس ما هستند. و مردم هنوز آنها را به یاد می آورند و از دهان به دهان می گذرند. چرا؟ آیا ارشمیدس درست می گفت؟

- استفاده از اهرم ها توسط مردم در زمان های قدیم آغاز شد.
به نظر شما آنها برای چه هستند؟
- البته برای سهولت در کار.
- اولین کسی که از اهرم استفاده کرد جد دور ما قبل از تاریخ بود که سنگ های سنگین را با چوب به دنبال ریشه های خوراکی یا حیوانات کوچکی که زیر ریشه ها پنهان شده بودند حرکت می داد. بله، بله، زیرا یک چوب معمولی که دارای یک تکیه گاه است که می توان آن را به دور آن چرخاند، اهرم واقعی است.
شواهد زیادی وجود دارد که در کشورهای باستان - بابل، مصر، یونان - سازندگان به طور گسترده ای از اهرم ها هنگام بلند کردن و حمل مجسمه ها، ستون ها و سنگ های عظیم استفاده می کردند. در آن زمان از قانون اهرم اطلاعی نداشتند، اما از قبل به خوبی می دانستند که اهرم در دستان توانا، بار سنگین را به بار سبک تبدیل می کند.
بازوی اهرمی- بخش جدایی ناپذیر تقریباً هر ماشین، ماشین ابزار، مکانیزم مدرن است. بیل مکانیکی یک خندق حفر می کند - "بازوی" آهنی آن با یک سطل به عنوان یک اهرم عمل می کند. راننده با استفاده از اهرم تعویض دنده سرعت خودرو را تغییر می دهد. داروساز پودرها را روی ترازو داروخانه ای بسیار دقیق آویزان می کند، قسمت اصلی این ترازو اهرم است.
با کندن تخت در باغ، بیل در دست ما نیز تبدیل به یک اهرم می شود. انواع بازوها، دستگیره ها و دروازه ها همه اهرمی هستند.

- بیایید با مکانیسم های ساده آشنا شویم.

کلاس به شش گروه آزمایشی تقسیم می شود:

اول صفحه مایل را مطالعه می کند.
دوم اهرم را بررسی می کند.
سوم مطالعه بلوک است.
چهارم دروازه را بررسی می کند.
پنجم مطالعه گوه است.
6 پیچ را بررسی می کند.

کار با توجه به توضیحاتی که در کارت کار به هر گروه پیشنهاد شده است انجام می شود. ( پیوست 1 )

ما بر اساس پاسخ دانش آموزان نموداری را ترسیم می کنیم. ( پیوست 2 )

- با چه مکانیزم هایی آشنا شدید ...
ماشین های ساده برای چیست؟ …

بازوی اهرمی- بدنه ای سفت و سخت که می تواند حول تکیه گاه ثابت بچرخد. در عمل، چوب، تخته، لنگ و ... می تواند نقش یک اهرم را ایفا کند.
اهرم دارای یک تکیه گاه و یک شانه است. شانه- این کوتاه ترین فاصله از نقطه تکیه تا خط عمل نیرو است (یعنی عمودی که از نقطه تکیه به خط عمل نیرو کاهش می یابد).
معمولاً نیروهای وارد شده به اهرم را می توان وزن اجسام در نظر گرفت. یکی از نیروها را نیروی مقاومت می نامیم و دیگری نیروی محرکه.
روی تصویر ( پیوست 4 ) یک اهرم بازوی مساوی می بینید که برای تعادل نیروها استفاده می شود. نمونه ای از چنین کاربرد اهرم، ترازو است. به نظر شما اگر یکی از نیروها دو برابر شود چه اتفاقی می افتد؟
درست است، ترازو از تعادل خارج می شود (در ترازو معمولی نشان می دهم).
به نظر شما راهی وجود دارد که قدرت بزرگتر را با قدرت کمتر متعادل کند؟

بچه ها، من به شما پیشنهاد می کنم در طول آزمایش کوچکشرایط تعادل را برای اهرم استخراج کنید.

آزمایش کنید

روی میزها اهرم های آزمایشگاهی وجود دارد. بیایید با شما دریابیم که چه زمانی اهرم در تعادل خواهد بود.
برای این کار یک بار به قلاب سمت راست در فاصله 15 سانتی متری از محور آویزان کنید.

• اهرم را با یک وزنه متعادل کنید. شانه چپ خود را اندازه بگیرید.
• اهرم را متعادل کنید، اما با دو وزنه. شانه چپ خود را اندازه بگیرید.
• اهرم را متعادل کنید، اما با سه وزنه. شانه چپ خود را اندازه بگیرید.
• اهرم را متعادل کنید، اما با چهار وزنه. شانه چپ خود را اندازه بگیرید.

- چه نتایجی می توان گرفت:

• جایی که قدرت بیشتر باشد، اهرم کمتری وجود دارد.
• چند برابر قدرت افزایش یافته، چند برابر شانه کاهش یافته است،

- فرمول بندی کنیم قانون تعادل اهرمی:

اهرم زمانی در حالت تعادل است که نیروهای وارد بر آن با شانه های این نیروها نسبت معکوس داشته باشند.

- و حالا سعی کنید این قانون را به صورت ریاضی بنویسید، یعنی فرمول:

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

قانون تعادل برای یک اهرم توسط ارشمیدس ایجاد شد.
از این قاعده بر می آیدکه نیروی کوچکتر را می توان با اهرم نیروی بزرگتر متعادل کرد.

آرامش: چشمان خود را ببندید و با کف دست بپوشانید. یک ورق کاغذ سفید را تصور کنید و سعی کنید به صورت ذهنی نام و نام خانوادگی خود را روی آن بنویسید. در پایان ورودی نقطه بگذارید. حالا حروف را فراموش کنید و فقط نقطه را به خاطر بسپارید. به نظر شما باید از یک طرف به طرف دیگر با تکان های آرام و ملایم حرکت کند. شما آرام هستید ... کف دست خود را بردارید، چشمان خود را باز کنید، ما در حال بازگشت به دنیای واقعی پر از قدرت و انرژی هستیم.

V. مرحله تثبیت دانش جدید

1. ادامه عبارت ...

• اهرم است ... جامد، که می تواند حول یک تکیه گاه ثابت بچرخد
• اهرم در تعادل است اگر ... نیروهای وارد بر آن با شانه های این نیروها نسبت معکوس دارد.
• بازوی قدرت است... کوتاه‌ترین فاصله از نقطه تکیه تا خط عمل نیرو (یعنی عمود کاهش یافته از نقطه تکیه به خط عمل نیرو).
• قدرت در اندازه گیری می شود ...
• اهرم در ...
• ماشین های ساده هستند ... اهرم و انواع آن: - گوه، پیچ. صفحه شیبدار و انواع آن: گوه، پیچ.
• مکانیسم های ساده ای برای ... برای به دست آوردن قدرت

2. جدول را (به تنهایی) پر کنید:

مکانیسم های ساده را در دستگاه ها پیدا کنید

کنترل متقابل

ارزیابی را پس از بررسی همتایان به نمودار خودارزیابی منتقل کنید.

آیا ارشمیدس درست می گفت؟

ارشمیدس مطمئن بود که چنین بار سنگینی وجود ندارد که فرد آن را بلند نکند - فقط باید از اهرم استفاده کنید.
و با این حال ارشمیدس در مورد امکانات انسان مبالغه کرد. اگر ارشمیدس می دانست که جرم زمین چقدر بزرگ است، احتمالاً از تعجبی که افسانه ها به او نسبت داده اند خودداری می کرد: "یک نقطه حمایت به من بدهید و من زمین را بلند می کنم!". از این گذشته، برای اینکه زمین را تنها 1 سانتی متر حرکت دهد، دست ارشمیدس باید مسافت 10 18 کیلومتری را طی کند. معلوم می شود که برای حرکت دادن زمین به میزان یک میلی متر، بازوی بلند اهرم باید بزرگتر از بازوی کوتاه 100,000,000,000 تریلیون باشد. یک بار! انتهای این شانه 1000000 تریلیون سفر می کرد. کیلومتر (تقریبا). و چنین سفری میلیون ها سال طول می کشد!.. اما این موضوع درس دیگری است.

VI. مرحله اطلاع رسانی به دانش آموزان در مورد تکالیف، دستورالعمل نحوه تکمیل آن

1. جمع بندی: چه چیزهای جدیدی در درس آموخته شد، کلاس چگونه کار کرد، کدام یک از دانش آموزان با جدیت خاص کار کردند (نمرات).

2. تکالیف

به همه: § 55-56
برای کسانی که مایلند: یک جدول کلمات متقاطع با موضوع "مکانیسم های ساده در خانه من" درست کنید.
به صورت جداگانه: پیام ها یا ارائه "اهرم در حیات وحش"، "قدرت دست های ما" را آماده کنید.

- درس تمام شد! خداحافظ، بهترین ها برای شما!

اهرم جسم صلبی است که می تواند حول یک نقطه ثابت بچرخد. نقطه ثابت نامیده می شود تکیه گاه. فاصله نقطه تکیه تا خط عمل نیرو نامیده می شود شانهاین قدرت

وضعیت تعادل اهرمی: اگر نیروهای وارده به اهرم اهرم در حالت تعادل باشد F1و F2تمایل به چرخش آن در جهات مخالف دارند و واحدهای نیروها با شانه های این نیروها نسبت معکوس دارند: F1/F2 = l 2 / l 1این قانون توسط ارشمیدس ایجاد شد. طبق افسانه، او فریاد زد: به من تکیه بده تا زمین را بلند کنم .

برای اهرم، "قانون طلایی" مکانیک (اگر بتوان از اصطکاک و جرم اهرم چشم پوشی کرد).

با اعمال مقداری نیرو به یک اهرم بلند، می توان باری را با سر دیگر اهرم بلند کرد که وزن آن بسیار بیشتر از این نیرو است. این بدان معنی است که با استفاده از اهرم، می توانید قدرت بیشتری کسب کنید. هنگام استفاده از اهرم، افزایش قدرت لزوماً با همان ضرر در راه همراه است.

لحظه قدرت. قانون لحظه ای

حاصل ضرب مدول نیرو و بازوی آن نامیده می شود لحظه نیرو.M = Fl ، جایی که M لحظه نیرو، F نیرو، l بازوی نیرو است.

قانون لحظه ای: یک اهرم در حالت تعادل است اگر مجموع گشتاورهای نیروهایی که می خواهند اهرم را در یک جهت بچرخانند برابر باشد با مجموع نیروهایی که می خواهند آن را در جهت مخالف بچرخانند. این قانون برای هر جسم صلب که می تواند حول یک محور ثابت بچرخد صادق است.

لحظه نیرو مشخص کننده عمل چرخشی نیرو است. این عمل هم به قدرت و هم به شانه او بستگی دارد. به همین دلیل است که مثلاً وقتی می‌خواهند دری را باز کنند سعی می‌کنند تا حد امکان از محور چرخش نیرو وارد کنند. با کمک یک نیروی کوچک لحظه قابل توجهی ایجاد می شود و در باز می شود. باز کردن آن با اعمال فشار در نزدیکی لولاها بسیار دشوارتر است. به همین دلیل، باز کردن پیچ مهره با بلندتر راحت تر است آچار، با پیچ گوشتی با دسته پهن تر و غیره، پیچ راحت تر برداشته می شود.

واحد SI لحظه نیرو است نیوتن متر (1 N*m). این لحظه نیروی 1 N است که شانه آن 1 متر است.

اهرم جسم صلبی است که می تواند حول یک نقطه ثابت بچرخد.

نقطه ثابت را نقطه تکیه گویند.

یک مثال معروف از یک اهرم یک تاب است (شکل 25.1).

وقتی دو نفر روی تاب با هم تعادل برقرار می کنند؟بیایید با مشاهدات شروع کنیم. البته متوجه شده اید که دو نفر روی یک تاب، اگر وزنشان تقریباً یکسان باشد و فاصله آنها از نقطه تکیه تقریباً یکسان باشد، یکدیگر را متعادل می کنند (شکل 25.1، a).

برنج. 25.1. وضعیت تعادل الاکلنگ: الف - افراد با وزن مساوی وقتی در فواصل مساوی از تکیه گاه می نشینند یکدیگر را متعادل می کنند. ب - مردم وزن متفاوتهنگامی که سنگین تر به نقطه تکیه گاه نزدیک تر می شود، یکدیگر را متعادل کنید

اگر این دو از نظر وزن بسیار متفاوت باشند، تنها به شرطی که سنگین‌تر به نقطه تکیه‌گاه نزدیک‌تر باشد، یکدیگر را متعادل می‌کنند (شکل 25.1، b).

اجازه دهید اکنون از مشاهدات به آزمایش‌ها بگذریم: اجازه دهید به صورت تجربی شرایط تعادل اهرم را پیدا کنیم.

بیایید تجربه را بگذاریم

تجربه نشان می دهد که بارهای با وزن مساوی اهرم را متعادل می کنند اگر در همان فاصله از نقطه تکیه گاه معلق باشند (شکل 25.2، a).

اگر کالا داشته باشد وزن متفاوت، آنگاه اهرم در حالت تعادل است وقتی بار سنگین تر چندین برابر به نقطه تکیه گاه نزدیک تر است، وزن آن چند برابر وزن بار سبک بیشتر است (شکل 25.2، b، c).

برنج. 25.2. آزمایش هایی برای یافتن وضعیت تعادل اهرم

وضعیت تعادل اهرمیفاصله تکیه گاه تا خط مستقیمی که نیرو در امتداد آن وارد می شود شانه این نیرو نامیده می شود. اجازه دهید F 1 و F 2 نیروهای وارد بر اهرم از سمت بارها را نشان دهند (نمودار سمت راست شکل 25.2 را ببینید). اجازه دهید شانه های این نیروها را به ترتیب l 1 و l 2 نشان دهیم. آزمایشات ما نشان داده است که اهرم در حالت تعادل است اگر نیروهای F 1 و F 2 اعمال شده به اهرم، آن را در جهت مخالف بچرخانند، و مدول نیروها با شانه های این نیروها نسبت معکوس دارند:

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

این شرایط برای تعادل یک اهرم به طور تجربی توسط ارشمیدس در قرن 3 قبل از میلاد ایجاد شد. ه.

شما می توانید شرایط تعادل یک اهرم را با تجربه در آن یاد بگیرید کار آزمایشگاهی № 11.