Jaka jest zasada równowagi dźwigni. Ramię dźwigni. Równowaga dźwigni. Chwila mocy. Złota zasada mechaniki

Czy wiesz, co to jest blok? To takie okrągłe urządzenie z hakiem, za pomocą którego na placach budowy podnoszą ładunki na wysokość.

Wygląda jak dźwignia? Ledwie. Blok to jednak także prosty mechanizm. Ponadto możemy mówić o zastosowaniu prawa równowagi dźwigni do bloku. Jak to jest możliwe? Rozwiążmy to.

Zastosowanie prawa równowagi

Blok to urządzenie składające się z koła z rowkiem, przez który przeprowadza się linkę, linę lub łańcuch, a także uchwytu z hakiem mocowanym do osi koła. Blok może być stały lub ruchomy. Stały blok ma stałą oś i nie porusza się podczas podnoszenia lub opuszczania ładunku. Nieruchomy blok pomaga zmienić kierunek siły. Przerzuciwszy linę nad takim blokiem, zawieszonym u góry, możemy podnieść ładunek do góry, będąc jednocześnie na dole. Jednakże zastosowanie stałego bloku nie daje nam przyrostu siły. Możemy sobie wyobrazić klocek jako dźwignię obracającą się wokół nieruchomego wspornika – osi klocka. Wtedy promień bloku będzie równy ramionom przyłożonym po obu stronach sił - sile uciągu naszej liny z obciążeniem po jednej stronie i grawitacji obciążenia po drugiej. Ramiona będą odpowiednio równe, nie będzie przyrostu siły.

Inaczej jest w przypadku ruchomego bloku. Ruchomy klocek porusza się wraz z ładunkiem, jakby leżał na linie. W tym przypadku punkt podparcia w każdym momencie będzie znajdował się w punkcie styku klocka z liną po jednej stronie, obciążenie zostanie przyłożone do środka klocka, gdzie jest on przymocowany do osi, a siła uciągu zostanie przyłożona w miejscu styku z liną po drugiej stronie klocka. Oznacza to, że ramię ciężaru ciała będzie promieniem bloku, a ramię siły naszego ciągu będzie średnicą. Jak wiadomo, średnica jest odpowiednio dwukrotnie większa od promienia, ramiona różnią się długością dwukrotnie, a przyrost siły uzyskany za pomocą ruchomego bloku wynosi dwa. W praktyce stosuje się kombinację bloku stałego z blokiem ruchomym. Nieruchomy blok zamocowany na górze nie daje przyrostu siły, ale pomaga podnieść ładunek, stojąc poniżej. A ruchomy blok poruszający się wraz z ładunkiem podwaja przyłożoną siłę, pomagając podnosić duże ładunki na wysokość.

Złota zasada mechaniki

Powstaje pytanie: czy stosowane urządzenia dają zysk w pracy? Praca jest iloczynem przebytej drogi i przyłożonej siły. Rozważmy dźwignię z ramionami, które różnią się dwukrotnie długością ramienia. Ta dźwignia zapewni nam dwukrotny wzrost siły, jednak dwukrotnie większa dźwignia zajdzie dwa razy dalej. Oznacza to, że pomimo wzrostu siły, wykonana praca będzie taka sama. To jest równość pracy przy zastosowaniu prostych mechanizmów: ile razy zyskujemy siłę, tyle razy tracimy dystans. Zasada ta nazywana jest złotą zasadą mechaniki. i dotyczy to absolutnie wszystkich prostych mechanizmów. Dlatego proste mechanizmy ułatwiają pracę człowieka, ale nie zmniejszają wykonanej przez niego pracy. Pomagają po prostu przełożyć jeden rodzaj wysiłku na inny, wygodniejszy w konkretnej sytuacji.

Sekcje: Fizyka

Typ lekcji: lekcja uczenia się

Cele Lekcji:

• Edukacyjny:
  • znajomość stosowania prostych mechanizmów w przyrodzie i technologii;
  • kształtowanie umiejętności analizy źródeł informacji;
  • ustalić eksperymentalnie zasadę równowagi dźwigni;
  • kształtowanie umiejętności uczniów do przeprowadzania eksperymentów (eksperymentów) i wyciągania z nich wniosków.
• Opracowanie:
  • rozwijać umiejętność obserwacji, analizowania, porównywania, uogólniania, klasyfikowania, sporządzania diagramów, formułowania wniosków na temat badanego materiału;
  • rozwijać zainteresowania poznawcze, niezależność myślenia i intelekt;
  • rozwijać kompetentną mowę ustną;
  • rozwijać umiejętności praktyczne.
• Edukacyjny:
  • wychowanie moralne: miłość do przyrody, poczucie koleżeńskiej pomocy wzajemnej, etyka pracy w grupie;
  • edukacja kulturalna w organizacji pracy edukacyjnej.

Podstawowe koncepcje:

• mechanizmy
• ramię dźwigni
• ramię siły
• blok
• brama
• równia pochyła
• klin
• śruba

Sprzęt: komputer, prezentacja, ulotki (karty pracy), dźwignia na statywie, zestaw odważników, zestaw laboratoryjny na temat „Mechanika, proste mechanizmy”.

PODCZAS ZAJĘĆ

I. Etap organizacyjny

1. Powitanie.
2. Ustalanie nieobecności.
3. Sprawdzenie gotowości uczniów do zajęć.
4. Sprawdzenie przygotowania klasy do lekcji.
5. Organizacja uwagi .

II. Krok sprawdzania pracy domowej

1. Ujawnienie faktu, że zadanie domowe odrabiała cała klasa.
2. Wizualna kontrola zadań w skoroszycie.
3. Ustalenie przyczyn niewykonania zadania przez poszczególnych uczniów.
4. Pytania dotyczące pracy domowej.

III. Etap przygotowania uczniów do aktywnego i świadomego przyswajania nowego materiału

„Mógłbym obrócić Ziemię za pomocą dźwigni, daj mi tylko punkt podparcia”

Archimedes

Odgadnij zagadki:

1. Dwa pierścienie, dwa końce i goździki pośrodku. ( Nożyce)

2. Dwie siostry zachwiały się – szukały prawdy, a gdy ją osiągnęły, przestały. ( Waga)

3. Łuki, łuki - wrócą do domu - rozciągnijcie się. ( Topór)

4. Jaki rodzaj cudownego giganta?
Wyciąga rękę do chmur
Pracować:
Pomaga zbudować dom. ( Dźwig)

- Przyjrzyj się jeszcze raz uważnie odpowiedziom i nazwij je jednym słowem. „Narzędzie, maszyna” po grecku oznacza „mechanizmy”.

Mechanizm- od greckiego słowa „????v?” - narzędzie, budynek.
Samochód- od łacińskiego słowa „ maszyna" – budynek.

- Okazuje się, że najprostszym mechanizmem jest zwykły kij. Kto wie jak to się nazywa?
- Ustalmy wspólnie temat lekcji: ....
– Otwórz zeszyty, zapisz datę i temat lekcji: „Proste mechanizmy. Warunki równowagi dźwigni.
- Jaki cel powinniśmy dziś z Tobą wyznaczyć na lekcji...

IV. Etap asymilacji nowej wiedzy

„Mógłbym obrócić Ziemię za pomocą dźwigni, daj mi tylko punkt podparcia” – te słowa, które są motto naszej lekcji, powiedział Archimedes ponad 2000 lat temu. A ludzie wciąż je pamiętają i przekazują z ust do ust. Dlaczego? Czy Archimedes miał rację?

- Dźwignie zaczęły być używane przez ludzi już w starożytności.
Jak myślisz, po co one są?
- Oczywiście, żeby ułatwić pracę.
- Pierwszą osobą, która użyła dźwigni, był nasz odległy prehistoryczny przodek, który przesuwał kijem ciężkie kamienie w poszukiwaniu jadalnych korzeni lub małych zwierzątek ukrywających się pod korzeniami. Tak, tak, bo prawdziwą dźwignią jest zwykły kij, który ma punkt podparcia, wokół którego można go obracać.
Istnieje wiele dowodów na to, że w starożytnych krajach - Babilonie, Egipcie, Grecji - budowniczowie powszechnie używali dźwigni podczas podnoszenia i transportu posągów, kolumn i ogromnych kamieni. Nie znali wówczas prawa dźwigni, ale już dobrze wiedzieli, że dźwignia w sprawnych rękach zamienia ciężki ładunek w lekki.
Ramię dźwigni- jest integralną częścią niemal każdej nowoczesnej maszyny, obrabiarki, mechanizmu. Koparka kopie rów - jej żelazne „ramię” z łyżką pełni rolę dźwigni. Kierowca zmienia prędkość samochodu za pomocą dźwigni zmiany biegów. Farmaceuta wiesza proszki na bardzo precyzyjnej wadze aptecznej, której główną częścią jest dźwignia.
Kopiąc grządki w ogrodzie, łopata w naszych rękach staje się jednocześnie dźwignią. Wszystkie rodzaje wahaczy, klamek i bramek są dźwigniami.

- Zapoznajmy się z prostymi mechanizmami.

Klasa jest podzielona na sześć grup eksperymentalnych:

1. bada pochyłą płaszczyznę.
Drugi sprawdza dźwignię.
Trzeci studiuje blok.
4. sprawdza bramę.
5. studiuje klin.
6. sprawdza śrubę.

Praca przebiega według opisu zaproponowanego każdej grupie w karcie pracy. ( Aneks 1 )

Na podstawie odpowiedzi uczniów sporządzamy diagram. ( Załącznik 2 )

- Z jakimi mechanizmami się zapoznałeś ...
Do czego służą proste maszyny? …

Ramię dźwigni- sztywny korpus, który może obracać się wokół nieruchomego wspornika. W praktyce rolę dźwigni może pełnić kij, deska, łom itp.
Dźwignia ma punkt podparcia i ramię. Ramię- jest to najkrótsza odległość od punktu podparcia do linii działania siły (tj. prostopadłej spuszczonej z punktu podparcia do linii działania siły).
Zwykle siły przyłożone do dźwigni można uznać za ciężar ciał. Jedną z sił nazwiemy siłą oporu, drugą – siłą napędową.
Na obrazku ( Dodatek 4 ) widzisz dźwignię o jednakowym ramieniu, która służy do równoważenia sił. Przykładem takiego zastosowania dźwigni jest skala. Jak myślisz, co się stanie, jeśli jedna z sił zostanie podwojona?
Zgadza się, skale wytrącą się z równowagi (pokazuję na zwykłych wagach).
Czy sądzisz, że istnieje sposób na zrównoważenie większej siły z mniejszą?

Chłopaki, sugeruję wam podczas minieksperyment wyprowadzić warunek równowagi dźwigni.

Eksperyment

Na stołach znajdują się dźwignie laboratoryjne. Przekonajmy się razem z Tobą, kiedy dźwignia będzie w równowadze.
W tym celu należy zawiesić jeden ładunek na haku po prawej stronie w odległości 15 cm od osi.

• Zrównoważ dźwignię jednym ciężarkiem. Zmierz lewe ramię.
• Zrównoważ dźwignię, ale dwoma ciężarkami. Zmierz lewe ramię.
• Zrównoważ dźwignię, ale trzema ciężarkami. Zmierz lewe ramię.
• Zrównoważ dźwignię, ale czterema ciężarkami. Zmierz lewe ramię.

– Jakie wnioski można wyciągnąć:

• Tam, gdzie jest więcej siły, tam jest mniejsza dźwignia.
• Ile razy wzrosła siła, ile razy spadło ramię,

- Sformułujmy zasada równowagi dźwigni:

Dźwignia znajduje się w równowadze, gdy działające na nią siły są odwrotnie proporcjonalne do ramion tych sił.

- A teraz spróbuj zapisać tę regułę matematycznie, czyli według wzoru:

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

Archimedes ustalił zasadę równowagi dźwigni.
Z tej zasady wynikaże mniejszą siłę można zrównoważyć dźwignią większej siły.

Relaks: Zamknij oczy i zakryj je dłońmi. Wyobraź sobie kartkę białego papieru i spróbuj w myślach zapisać na niej swoje imię i nazwisko. Postaw kropkę na końcu wpisu. Teraz zapomnij o literach i zapamiętaj tylko kropkę. Powinno ci się wydawać, że porusza się z boku na bok w powolnych, delikatnych ruchach. Jesteś zrelaksowany… zdejmij dłonie, otwórz oczy, wracamy do realnego świata pełni sił i energii.

V. Etap konsolidacji nowej wiedzy

1. Kontynuuj frazę ...

• Dźwignia jest... solidny, który może obracać się wokół stałego wspornika
• Dźwignia jest w równowadze, jeśli... działające na niego siły są odwrotnie proporcjonalne do ramion tych sił.
• Ramię siły to... najkrótsza odległość od punktu podparcia do linii działania siły (tj. pionowa spuszczona z punktu podparcia do linii działania siły).
• Siłę mierzy się w...
• Dźwignię mierzy się w...
• Proste maszyny to... dźwignia i jej odmiany: - klin, śruba; płaszczyzna pochyła i jej odmiany: klin, śruba.
• Do tego potrzebne są proste mechanizmy... w celu uzyskania przyrostu siły

2. Wypełnij tabelę (samodzielnie):

Znajdź proste mechanizmy w urządzeniach

WZAJEMNA KONTROLA

Przenieś ocenę po wzajemnej recenzji na kartę samooceny.

Czy Archimedes miał rację?

Archimedes był pewien, że nie ma tak ciężkiego ładunku, którego człowiek by nie podniósł - wystarczy użyć dźwigni.
A jednak Archimedes wyolbrzymił możliwości człowieka. Gdyby Archimedes wiedział, jak ogromna jest masa Ziemi, prawdopodobnie powstrzymałby się od przypisywanego mu przez legendę okrzyku: „Daj mi punkt podparcia, a podniosę Ziemię!”. Wszakże aby przesunąć Ziemię choćby o 1 cm, ręka Archimedesa musiałaby przebyć drogę 10 18 km. Okazuje się, że aby przesunąć Ziemię o milimetr, długie ramię dźwigni musi być większe niż krótkie ramię wynoszące 100 000 000 000 bilionów. raz! Koniec tego ramienia przebył 1 000 000 bilionów. kilometrów (w przybliżeniu). A taka podróż zajęłaby człowiekowi wiele milionów lat!.. Ale to już temat na inną lekcję.

VI. Etap informowania uczniów o zadaniu domowym, instrukcja jego uzupełnienia

1. Podsumowując: czego nowego nauczyli się na lekcji, jak przebiegały zajęcia, który z uczniów pracował szczególnie pilnie (oceny).

2. Praca domowa

Do wszystkich: § 55-56
Dla chętnych: ułóż krzyżówkę na temat „Proste mechanizmy w moim domu”
Indywidualnie: przygotuj komunikaty lub prezentację „Przewaga w przyrodzie”, „Siła naszych rąk”.

- Lekcja zakończona! Do widzenia, wszystkiego najlepszego!

Dźwignia to sztywny korpus, który może obracać się wokół stałego punktu. Nazywa się punkt stały punkt podparcia. Nazywa się odległość od punktu podparcia do linii działania siły ramię ta siła.

Stan równowagi dźwigni: dźwignia jest w równowadze, jeśli siły przyłożone do dźwigni F1 I F2 mają tendencję do obracania go w przeciwnych kierunkach, a moduły sił są odwrotnie proporcjonalne do ramion tych sił: F1/F2 = l 2 /l 1 Zasada ta została ustanowiona przez Archimedesa. Według legendy zawołał: Daj mi oparcie, a podniosę ziemię .

Dla dźwigni, „złota zasada” mechaniki (jeśli można pominąć tarcie i masę dźwigni).

Przykładając pewną siłę do długiej dźwigni, drugim końcem dźwigni można podnieść ładunek, którego ciężar znacznie przekracza tę siłę. Oznacza to, że stosując dźwignię można uzyskać przyrost siły. Podczas korzystania z dźwigni wzrostowi siły musi towarzyszyć ta sama strata.

Chwila mocy. zasada chwili

Nazywa się iloczyn modułu siły i jego ramienia moment siły.M = Fl , gdzie M jest momentem siły, F jest siłą, l jest ramieniem siły.

zasada chwili: Dźwignia jest w równowadze, jeśli suma momentów sił działających na dźwignię w jednym kierunku jest równa sumie momentów sił działających na nią w przeciwnym kierunku. Zasada ta dotyczy każdego ciała sztywnego, które może obracać się wokół stałej osi.

Moment siły charakteryzuje obrotowe działanie siły. Ta akcja zależy zarówno od siły, jak i jej ramienia. Dlatego np. chcąc otworzyć drzwi, starają się przyłożyć siłę jak najdalej od osi obrotu. Za pomocą małej siły powstaje znaczący moment i drzwi się otwierają. O wiele trudniej jest go otworzyć poprzez naciśnięcie w pobliżu zawiasów. Z tego samego powodu łatwiej jest odkręcić nakrętkę dłuższą klucz, śrubę łatwiej wykręcić śrubokrętem z szerszą rączką itp.

Jednostką momentu siły w układzie SI jest: niutonometr (1 N*m). Jest to moment siły 1 N, mający ramię 1 m.

Dźwignia to sztywny korpus, który może obracać się wokół stałego punktu.

Punkt stały nazywany jest punktem podparcia.

Dobrze znanym przykładem dźwigni jest huśtawka (ryc. 25.1).

Kiedy dwie osoby na huśtawce utrzymują równowagę? Zacznijmy od obserwacji. Oczywiście zauważyłeś, że dwie osoby na huśtawce równoważą się nawzajem, jeśli mają w przybliżeniu tę samą wagę i znajdują się w przybliżeniu w tej samej odległości od punktu podparcia (ryc. 25.1, a).

Ryż. 25.1. Warunek równowagi huśtawki: a - osoby o jednakowej masie równoważą się, gdy siedzą w równych odległościach od punktu podparcia; b - ludzie inna waga równoważą się nawzajem, gdy cięższy znajduje się bliżej punktu podparcia

Jeśli te dwa mają bardzo różną wagę, równoważą się tylko pod warunkiem, że cięższy znajduje się znacznie bliżej punktu podparcia (ryc. 25.1, b).

Przejdźmy teraz od obserwacji do eksperymentów: znajdźmy eksperymentalnie warunki równowagi dźwigni.

Postawmy doświadczenie

Doświadczenie pokazuje, że ładunki o jednakowej masie równoważą dźwignię, jeśli są zawieszone w tej samej odległości od punktu podparcia (ryc. 25.2, a).

Jeśli towar ma inna waga, wówczas dźwignia jest w równowadze, gdy cięższy ładunek znajduje się tyle razy bliżej punktu podparcia, ile razy jego ciężar jest większy od ciężaru lekkiego ładunku (ryc. 25.2, b, c).

Ryż. 25.2. Eksperymenty ze znalezieniem stanu równowagi dźwigni

Stan równowagi dźwigni. Odległość od punktu podparcia do linii prostej, wzdłuż której działa siła, nazywana jest ramieniem tej siły. Niech F 1 i F 2 oznaczają siły działające na dźwignię od strony obciążeń (patrz wykresy po prawej stronie ryc. 25.2). Oznaczmy ramiona tych sił odpowiednio jako l 1 i l 2 . Nasze eksperymenty wykazały, że dźwignia jest w równowadze, jeśli siły F 1 i F 2 przyłożone do dźwigni mają tendencję do obracania jej w przeciwnych kierunkach, a moduły sił są odwrotnie proporcjonalne do ramion tych sił:

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

Ten warunek równowagi dźwigni został ustalony eksperymentalnie przez Archimedesa w III wieku p.n.e. mi.

Stan równowagi dźwigni można poznać poprzez doświadczenie Praca laboratoryjna № 11.