Mikä on vivun tasapainon sääntö. Vipuvarsi. Vipu tasapaino. Voiman hetki. Mekaniikan kultainen sääntö

Tiedätkö mikä on lohko? Tämä on sellainen pyöreä koukulla varustettu koukku, jonka avulla rakennustyömailla nostetaan kuormia korkealle.

Näyttääkö vivulta? Tuskin. Lohko on kuitenkin myös yksinkertainen mekanismi. Lisäksi voidaan puhua vivun tasapainolain soveltuvuudesta lohkoon. Kuinka tämä on mahdollista? Selvitetään se.

Tasapainolain soveltaminen

Lohko on laite, joka koostuu pyörästä, jossa on ura, jonka läpi vaijeri, köysi tai ketju viedään, sekä pidikkeestä, jossa on pyörän akseliin kiinnitetty koukku. Lohko voi olla kiinteä tai liikuteltava. Kiinteässä lohkossa on kiinteä akseli, eikä se liiku, kun kuormaa nostetaan tai lasketaan. Liikkuva lohko auttaa muuttamaan voiman suuntaa. Kun olemme heittäneet köyden sellaisen lohkon yli, joka on ripustettu yläosaan, voimme nostaa kuorman ylös ollessamme itse alhaalla. Kiinteän lohkon käyttö ei kuitenkaan lisää voimaa. Voimme kuvitella lohkon vivuna, joka pyörii kiinteän tuen - lohkon akselin - ympäri. Sitten lohkon säde on yhtä suuri kuin voimien molemmille puolille kohdistetut hartiat - köyden vetovoima kuormalla toisella puolella ja kuorman painovoima toisella. Olkapäät ovat vastaavasti yhtä suuret, voimaa ei lisätä.

Liikkuvan lohkon kanssa tilanne on toinen. Liikkuva lohko liikkuu kuorman mukana ikään kuin se makaa köydellä. Tässä tapauksessa tukipiste kullakin hetkellä on kappaleen kosketuspisteessä köyden kanssa toisella puolella, kuorma kohdistetaan lohkon keskelle, jossa se on kiinnitetty akseliin, ja vetovoima kohdistetaan kosketuspisteeseen köyden kanssa lohkon toisella puolella. Eli kehon painon olkapää on lohkon säde ja työntövoimamme olake on halkaisija. Halkaisija, kuten tiedät, on vastaavasti kaksi kertaa säde, varret eroavat pituudeltaan kertoimella kaksi, ja liikkuvan lohkon avulla saatu vahvuus on kaksi. Käytännössä käytetään kiinteän lohkon ja liikkuvan lohkon yhdistelmää. Yläosaan kiinnitetty liikkumaton lohko ei lisää voimaa, mutta auttaa nostamaan kuormaa alapuolella seistessä. Ja kuorman mukana liikkuva liikkuva lohko kaksinkertaistaa käytetyn voiman, mikä auttaa nostamaan suuria kuormia korkealle.

Mekaniikan kultainen sääntö

Herää kysymys: tuovatko käytetyt laitteet työhyötyä? Työ on kuljetun matkan ja käytetyn voiman tulo. Harkitse vipua, jonka varret eroavat kertoimella kaksi varren pituuden suhteen. Tämä vipuvaikutus lisää voimaa kahdesti, mutta kaksinkertainen vipuvaikutus kulkee kaksi kertaa niin pitkälle. Eli voiman lisääntymisestä huolimatta tehty työ on sama. Tämä on työn tasa-arvoa yksinkertaisia ​​mekanismeja käytettäessä: kuinka monta kertaa saamme voimaa, niin monta kertaa menetämme etäisyyden. Tätä sääntöä kutsutaan mekaniikan kultaiseksi säännöksi., ja se koskee ehdottomasti kaikkia yksinkertaisia ​​mekanismeja. Siksi yksinkertaiset mekanismit helpottavat ihmisen työtä, mutta eivät vähennä hänen tekemää työtä. Ne yksinkertaisesti auttavat muuttamaan yhden tyyppisen ponnistuksen toiseksi, joka on helpompaa tietyssä tilanteessa.

Osat: Fysiikka

Oppitunnin tyyppi: oppitunti

Oppitunnin tavoitteet:

• Koulutuksellinen:
  • yksinkertaisten mekanismien käytön tuntemus luonnossa ja tekniikassa;
  • kehittää tietolähteiden analysointitaitoja;
  • vahvistaa kokeellisesti vivun tasapainosääntö;
  • muodostaa opiskelijoiden kyky suorittaa kokeita (kokeita) ja tehdä niistä johtopäätöksiä.
• Kehitetään:
  • kehittää kykyä tarkkailla, analysoida, vertailla, yleistää, luokitella, laatia kaavioita, tehdä johtopäätöksiä tutkitusta materiaalista;
  • kehittää kognitiivista kiinnostusta, ajattelun ja älyn riippumattomuutta;
  • kehittää pätevää suullista puhetta;
  • kehittää käytännön taitoja.
• Koulutuksellinen:
  • moraalinen kasvatus: rakkaus luontoon, toverisen keskinäisen avun tunne, ryhmätyön etiikka;
  • kulttuurikasvatus koulutustyön organisoinnissa.

Peruskonseptit:

• mekanismeja
• vipuvarsi
• voiman olkapää
• lohko
• portti
• kalteva taso
• kiila
• ruuvi

Laitteet: tietokone, esitys, moniste (työkortit), vipu jalustalla, painosarja, laboratoriosarja aiheesta "Mekaniikka, yksinkertaiset mekanismit".

TUTKIEN AIKANA

I. Organisaatiovaihe

1. Tervehdys.
2. Poissa olevien määrittäminen.
3. Oppilaiden valmiuden tarkistaminen oppitunnille.
4. Luokan valmistautumisen tarkistaminen oppitunnille.
5. Huomion järjestäminen .

II. Kotitehtävän tarkistusvaihe

1. Paljastaa, että läksyt teki koko luokka.
2. Työkirjan tehtävien visuaalinen tarkistus.
3. Yksittäisten opiskelijoiden suorittamatta jättämisen syiden selvittäminen.
4. Kysymyksiä kotitehtävistä.

III. Opiskelijoiden valmistautuminen uuden materiaalin aktiiviseen ja tietoiseen omaksumiseen

"Voisin kääntää maata vivulla, anna minulle tukipiste"

Archimedes

Arvaa arvoituksia:

1. Kaksi rengasta, kaksi päätä ja neilikka keskellä. ( Sakset)

2. Kaksi sisarta rokkasi - he etsivät totuutta, ja kun he saavuttivat sen, he pysähtyivät. ( Vaa'at)

3. Jouset, jouset - tulee kotiin - venytä. ( Kirves)

4. Millainen ihmejättiläinen?
Ojentaa kätensä pilviä kohti
Työn tekeminen:
Auttaa rakentamaan taloa. ( Nosturi)

- Katso uudelleen huolellisesti vastauksia ja kutsu niitä yhdellä sanalla. "Työkalu, kone" tarkoittaa kreikaksi "mekanismeja".

Mekanismi- kreikan sanasta "????v?" - työkalu, rakennus.
Auto- latinan sanasta " kone" – rakennus.

- Osoittautuu, että tavallinen keppi on yksinkertaisin mekanismi. Kuka tietää mikä sen nimi on?
- Muotoillaan yhdessä oppitunnin aihe: ....
– Avaa vihkot, kirjoita ylös päivämäärä ja oppitunnin aihe: ”Yksinkertaiset mekanismit. Vivun tasapainoolosuhteet.
- Mikä on tavoite, jonka meidän pitäisi asettaa kanssasi tänään oppitunnilla ...

IV. Uuden tiedon assimilaatiovaihe

"Voisin kääntää Maata vivulla, anna minulle tukipiste" - nämä sanat, jotka ovat oppituntimme epigrafi, Archimedes sanoi yli 2000 vuotta sitten. Ja ihmiset muistavat ne edelleen ja kulkevat suusta suuhun. Miksi? Oliko Archimedes oikeassa?

– Vipuja alettiin käyttää muinaisina aikoina.
Mitä varten ne mielestäsi ovat?
– Tietysti työnteon helpottamiseksi.
- Ensimmäinen henkilö, joka käytti vipua, oli kaukainen esihistoriallinen esi-isämme, joka liikutti kepillä raskaita kiviä etsiessään syötäviä juuria tai juurien alle piiloutuneita pieniä eläimiä. Kyllä, kyllä, koska tavallinen keppi, jossa on tukipiste, jonka ympäri se voidaan kääntää, on todellinen vipu.
On olemassa paljon todisteita siitä, että muinaisissa maissa - Babylonissa, Egyptissä, Kreikassa - rakentajat käyttivät laajalti vipuja patsaita, pylväitä ja valtavia kiviä nostaessaan ja kuljettaessaan. Tuolloin he eivät tienneet vivun laista, mutta he tiesivät jo hyvin, että vipu osaavissa käsissä muuttaa raskaan kuorman kevyeksi.
Vipuvarsi- on olennainen osa lähes jokaista nykyaikaista konetta, työstökonetta, mekanismia. Kaivinkone kaivaa ojan - sen rautainen "varsi" kauhalla toimii vivuna. Kuljettaja muuttaa auton nopeutta vaihdevivulla. Apteekki ripustaa jauheet erittäin tarkalle apteekkivaa'alle, jonka pääosa on vipu.
Puutarhassa sänkyjä kaivamalla käsissämme olevasta lapiosta tulee myös vipu. Kaikenlaiset vipuvarret, kahvat ja portit ovat kaikki vipuja.

- Tutustutaan yksinkertaisiin mekanismeihin.

Luokka on jaettu kuuteen koeryhmään:

1. tutkii kaltevaa tasoa.
2. tutkii vipua.
Kolmas tutkii lohkoa.
4. tutkii porttia.
5. opiskelee kiilaa.
6. tutkii ruuvia.

Työ suoritetaan kullekin ryhmälle työkortissa ehdotetun kuvauksen mukaisesti. ( Liite 1 )

Piirrämme kaavion opiskelijoiden vastausten perusteella. ( Liite 2 )

- Mihin mekanismeihin tutustuit...
Mihin yksinkertaiset koneet sopivat? …

Vipuvarsi- jäykkä runko, joka voi pyöriä kiinteän tuen ympäri. Käytännössä keppi, lauta, sorkkarauta jne. voivat toimia vivun roolissa.
Vivussa on tukipiste ja olkapää. Olkapää- tämä on lyhin etäisyys tukipisteestä voiman toimintalinjaan (eli kohtisuoraan, joka on pudonnut tukipisteestä voiman toimintalinjaan).
Yleensä vipuun kohdistuvia voimia voidaan pitää kappaleiden painona. Toista voimista kutsumme vastustusvoimaksi, toista - liikkeellepanevaksi voimaksi.
Kuvassa ( Liite 4 ) näet tasavartisen vivun, jota käytetään voimien tasapainottamiseen. Esimerkki tällaisesta vivun sovelluksesta on vaaka. Mitä luulet tapahtuvan, jos jokin voimista kaksinkertaistuu?
Juuri niin, vaaka menee epätasapainoon (näytän tavallisilla vaaoilla).
Luuletko, että on olemassa tapa tasapainottaa suurempi voima pienemmän kanssa?

Kaverit, suosittelen teitä aikana mini kokeilu johda vivun tasapainoehto.

Koe

Pöydissä on laboratoriovivut. Selvitetään yhdessä kanssasi, milloin vipu on tasapainossa.
Tätä varten ripusta yksi kuorma koukkuun oikealle puolelle 15 cm etäisyydelle akselista.

• Tasapainota vipu yhdellä painolla. Mittaa vasen olkapää.
• Tasapainota vipu, mutta kahdella painolla. Mittaa vasen olkapää.
• Tasapainota vipu, mutta kolmella painolla. Mittaa vasen olkapää.
• Tasapainota vipu, mutta neljällä painolla. Mittaa vasen olkapää.

– Mitä johtopäätöksiä voidaan tehdä:

• Missä on enemmän voimaa, siellä on vähemmän vipuvaikutusta.
• Kuinka monta kertaa voima on lisääntynyt, kuinka monta kertaa olkapää on laskenut,

- Muotoillaan vivun tasapainosääntö:

Vipu on tasapainossa, kun siihen vaikuttavat voimat ovat kääntäen verrannollisia näiden voimien olkapäihin.

- Yritä nyt kirjoittaa tämä sääntö matemaattisesti, eli kaava:

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

Arkhimedes loi vivun tasapainosäännön.
Tästä säännöstä seuraa että pienempi voima voidaan tasapainottaa suuremman voiman vipuvaikutuksella.

Rentoutuminen: Sulje silmäsi ja peitä ne kämmenilläsi. Kuvittele valkoinen paperiarkki ja yritä kirjoittaa siihen henkisesti nimesi ja sukunimesi. Laita piste merkinnän loppuun. Unohda nyt kirjaimet ja muista vain piste. Sen pitäisi näyttää sinusta liikkuvan puolelta toiselle hitaasti, hellästi heilutellen. Olet rentoutunut… poista kämmenet, avaa silmäsi, palaamme todelliseen maailmaan täynnä voimaa ja energiaa.

V. Uuden tiedon konsolidointivaihe

1. Jatka lausetta...

• Vipu on... kiinteä, joka voi pyöriä kiinteän tuen ympäri
• Vipu on tasapainossa, jos... siihen vaikuttavat voimat ovat kääntäen verrannollisia näiden voimien hartioihin.
• Voiman käsivarsi on... lyhin etäisyys tukipisteestä voiman vaikutuslinjaan (eli kohtisuora, joka on pudonnut tukipisteestä voiman vaikutuslinjaan).
• Vahvuus mitataan...
• Vipuvaikutus mitataan...
• Yksinkertaiset koneet ovat... vipu ja sen lajikkeet: - kiila, ruuvi; kalteva taso ja sen lajikkeet: kiila, ruuvi.
• Yksinkertaisia ​​mekanismeja tarvitaan... saadakseen lisää voimaa

2. Täytä taulukko (itse):

Etsi laitteista yksinkertaisia ​​mekanismeja

KESKINÄINEN VALVONTA

Siirrä arviointi vertaisarvioinnin jälkeen itsearviointikaavioon.

Oliko Archimedes oikeassa?

Archimedes oli varma, että ei ole niin suurta kuormaa, jota ihminen ei nostaisi - sinun tarvitsee vain käyttää vipua.
Ja kuitenkin Archimedes liioitteli ihmisen mahdollisuuksia. Jos Archimedes olisi tiennyt, kuinka valtava Maan massa on, hän olisi luultavasti pidättäytynyt legendan hänelle omistamasta huudahduksesta: "Anna minulle tukipiste, niin minä nostan Maan!". Loppujen lopuksi, jotta maapalloa voitaisiin siirtää vain 1 cm, Archimedesin käden olisi kuljettava 10 18 km matka. Osoittautuu, että Maapallon siirtämiseksi millimetrillä vivun pitkän varren on oltava suurempi kuin 100 000 000 000 biljoonan lyhyt varsi. kerran! Tämän olkapään pää olisi matkustanut 1 000 000 biljoonaa. kilometriä (noin). Ja sellainen matka kestäisi ihmiseltä monia miljoonia vuosia!... Mutta tämä on toisen oppitunnin aihe.

VI. Opiskelijoiden kotitehtävistä tiedottamisen vaihe, ohjeet sen tekemiseen

1. Yhteenveto: mitä uutta tunnilla opittiin, miten luokka toimi, ketkä opiskelijoista työskentelivät erityisen ahkerasti (arvosanat).

2. Kotitehtävät

Kaikille: § 55-56
Halukkaille: tee ristisanatehtävä aiheesta "Yksinkertaiset mekanismit talossani"
Yksilöllisesti: valmistele viestit tai esitys "Vipuvaikutus villieläimissä", "Kätemme vahvuus".

- Oppitunti suoritettu! Hyvästi, kaikkea hyvää sinulle!

Vipu on jäykkä runko, joka voi pyöriä kiinteän pisteen ympäri. Kiinteää pistettä kutsutaan tukipiste. Etäisyyttä tukipisteestä voiman vaikutuslinjaan kutsutaan olkapää tätä voimaa.

Vivun tasapainotila: vipu on tasapainossa, jos vipuun kohdistuvat voimat F1 Ja F2 taipumus pyörittää sitä vastakkaisiin suuntiin, ja voimien moduulit ovat kääntäen verrannollisia näiden voimien hartioihin: F1/F2 = l 2 /l 1 Tämän säännön vahvisti Archimedes. Legendan mukaan hän huudahti: Anna minulle jalansija, niin minä nostan maan .

Vipua varten mekaniikan "kultainen sääntö". (jos kitka ja vivun massa voidaan jättää huomiotta).

Kohdisttamalla jonkin verran voimaa pitkään vipuun, on mahdollista nostaa kuormaa vivun toisella päästä, jonka paino ylittää huomattavasti tämän voiman. Tämä tarkoittaa, että käyttämällä vipuvaikutusta voit saada voimaa. Vipuvaikutusta käytettäessä voiman nousuun liittyy välttämättä sama menetys.

Voiman hetki. hetken sääntö

Voimamoduulin ja sen varren tuloa kutsutaan voiman hetki.M = Fl , missä M on voiman momentti, F on voima, l on voiman käsi.

hetken sääntö: Vipu on tasapainossa, jos vipua yhteen suuntaan pyörittävien voimien momenttien summa on yhtä suuri kuin niiden voimien momenttien summa, jotka yrittävät pyörittää sitä vastakkaiseen suuntaan. Tämä sääntö koskee kaikkia jäykkiä kappaleita, jotka voivat pyöriä kiinteän akselin ympäri.

Voiman momentti luonnehtii voiman pyörivää toimintaa. Tämä toiminta riippuu sekä vahvuudesta että olkapäästä. Siksi esimerkiksi ovea haluttaessa yritetään kohdistaa voimaa mahdollisimman kauas pyörimisakselista. Pienen voiman avulla syntyy merkittävä hetki ja ovi avautuu. Sen avaaminen on paljon vaikeampaa kohdistamalla painetta saranoiden lähelle. Samasta syystä on helpompi irrottaa mutteri pidemmällä jakoavain, ruuvi on helpompi irrottaa ruuvimeisselillä, jossa on leveämpi kahva jne.

Voimanmomentin SI-yksikkö on newton metri (1 N*m). Tämä on voimamomentti 1 N, jonka olake on 1 m.

Vipu on jäykkä runko, joka voi pyöriä kiinteän pisteen ympäri.

Kiinteää pistettä kutsutaan tukipisteeksi.

Tunnettu esimerkki vivusta on keinu (kuva 25.1).

Kun kaksi keinussa olevaa ihmistä tasapainottavat toisiaan? Aloitetaan havainnoista. Tietenkin olet huomannut, että kaksi keinussa olevaa ihmistä tasapainottavat toisiaan, jos heillä on suunnilleen sama paino ja he ovat suunnilleen samalla etäisyydellä tukipisteestä (kuva 25.1, a).

Riisi. 25.1. Kiikkun tasapainotila: a - samanpainoiset ihmiset tasapainottavat toisiaan istuessaan yhtä etäisyydellä tukipisteestä; b - ihmiset eri paino tasapainottavat toisiaan, kun painavampi istuu lähempänä tukipistettä

Jos nämä kaksi ovat painoltaan hyvin erilaisia, ne tasapainottavat toisiaan vain sillä ehdolla, että painavampi istuu paljon lähempänä tukipistettä (kuva 25.1, b).

Siirrytään nyt havainnoista kokeisiin: löydetään kokeellisesti ehdot vivun tasapainolle.

Laitetaanpa kokemuksia

Kokemus osoittaa, että samanpainoiset kuormat tasapainottavat vipua, jos ne ripustetaan samalla etäisyydellä tukipisteestä (kuva 25.2, a).

Jos tavaralla on eri paino, silloin vipu on tasapainossa, kun raskaampi kuorma on niin monta kertaa lähempänä tukipistettä, kuinka monta kertaa sen paino on suurempi kuin kevyen kuorman paino (kuva 25.2, b, c).

Riisi. 25.2. Kokeet vivun tasapainotilan löytämiseksi

Vivun tasapainotila. Etäisyyttä tukipisteestä suoraan viivaan, jota pitkin voima vaikuttaa, kutsutaan tämän voiman olakkeeksi. Olkoon F 1 ja F 2 vipuun vaikuttavia voimia kuormien puolelta (ks. kaaviot kuvan 25.2 oikealla puolella). Merkitään näiden voimien olkapäät vastaavasti l 1 ja l 2 . Kokeilumme ovat osoittaneet, että vipu on tasapainossa, jos vipuun kohdistuvat voimat F 1 ja F 2 pyrkivät pyörittämään sitä vastakkaisiin suuntiin ja voimien moduulit ovat kääntäen verrannollisia näiden voimien olakkeisiin:

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

Arkhimedes vahvisti kokeellisesti tämän ehdon vivun tasapainolle 3. vuosisadalla eKr. e.

Voit oppia vivun tasapainotilan kokemuksella laboratoriotyöt № 11.