Простые механизмы

Андреева Ольга Александровна

МБОУ СОШ №9

г. Новый Уренгой

учитель физики

Урок

Тема: Простые механизмы.

Цели:

1.Обучающая: изучить понятие “ простые механизмы”, а также виды простых механизмов и их практическое применение.

2.Развивающая: формировать общетрудовые и политехнические умения.

3.Воспитывающая: воспитывать трудолюбие, выдержку, настойчивость в достижении поставленных целей.

Задачи:

1.Научить работать с учебной литературой и справочниками.

2.Развивать умения применять полученные знания.

3.Воспитывать интерес к самостоятельной работе и контролю за полученные знания.

Ход урока:

Ι.Организационный момент (2-3 минуты).

ΙΙ..Повторение изученного материала.

А) 3 человека рассказывают по таблице доминирующие элементы знаний +задачи(остальные, кто желает показывают структурную схему).

Б) Самостоятельная работа (письменно на 2 варианта) 10-12 минут.

Решение.

ΙΙΙ.Объяснение учителем материала по логической схеме.

Логическая схема по теме “ Простые механизмы”.

1.Рычаг - твёрдое тело, способное вращаться вокруг неподвижной опоры. Примеры лом, доска.

Рычаг 1-го рода:

Рычаг 2-го рода:

Рычаг находится в равновесии тогда, когда силы, действующие на него, обратно пропорциональны плечам этих сил.

= , где F и F- силы, действующие на рычаг, l и l-плечи этих сил. (Архимед 287-212 гг. до н. э.)

Правило моментов:

M=M. Рычаг находится в равновесии под действием двух сил, если момент силы вращающей его по часовой стрелке, равен моменту силы вращающей его против часовой стрелки.

2. Блоки.

А) Подвижный

Б) Неподвижный

3.Ворот (чаще всего подъём воды в колодце).

Выигрыш в силе = .

4.Лебёдка.(представляет собой сочетание ворота с двумя зубчатыми колёсами разного диаметра).

Выигрыш в силе = * .

5.Наклонная плоскость (её разновидности – клин, винт)

6.Баллисты, катапульты – применялись в военных целях (Архимед)

7. КПД механизма

= *100%, где -коэффициент полезного действия, А -полезная работа, A-затраченная работа.

‹1 или ‹ 100%.

8.”Золотое правило” механики – Герон Александрийский Ι веке н.э.

Выигрывая с помощью механизма в силе, мы во столько же раз проигрываем в пути, и наоборот.

Любой простой механизм не даёт выигрыша в работе.

=; s *F =s *F ;

А =А .

Рассказ .

Механические устройства, служащие для преобразования величины силы или направления силы, называют простыми механизмами. К ним относят: рычаг, блок, ворот, лебёдка, наклонная плоскость, клин, винт и др. Что такое рычаг? Это твёрдое тело, способное вращаться вокруг неподвижной опоры. В качестве рычага могут быть использованы лом, доска и тому подобные предметы. Различают два вида рычагов: рычаг 1-го рода -у него неподвижная точка опоры О располагается между линиями приложенных сил; и рычаг 2-го рода – точка опоры располагается по одну сторону от них. Использование рычага позволяет получить выигрыш в силе. На рисунке (см. “ логическую схему”), сила F, с которой рабочий действует на рычаг, меньше силыP, т.о., рабочий получает выигрыш в силе. При помощи рычага можно поднять такой тяжёлый груз, который без рычага поднять нельзя. Кратчайшее расстояние между точкой опоры и прямой, вдоль которой действует на рычаг сила, называется плечом силы. Чтобы найти плечо силы, надо из точки опоры опустить перпендикуляр на линию действия силы. Условие, при котором рычаг находится в равновесии было установлено из опытов. Оно называется правилом равновесия рычага и заключается в следующем: рычаг находится в равновесии тогда, когда силы, действующие не него, обратно пропорциональны плечам этих сил:

=, где F и F- силы, действующие на рычаг, l и l-плечи этих сил. Правило равновесия рычага установлено Архимедом около 287-212 до н.э. Из этого правила следует, что меньшей силой можно уравновесить при помощи рычага большую силу. Моментом силы называется физическая величина, равная произведению силы на её плечо:

M=F*l, где M- момент силы, F- сила, l- плечо.

Физический смысл момента силы в том, что он характеризует вращающее действие силы. За единицу момента принят такой момент, при котором на единицу длины приходится единица силы. За единицу момента в СИ принят такой момент, при котором на один метр приходится один Ньютон.

Наименование единицы в СИ: = * =Ньютон*метр =H*м-наименование единицы момента в СИ, обозначение момента Н*м.

Рычаг находится в равновесии, если момент силы, вращающий его по часовой стрелке, равен моменту силы, вращающей его против часовой стрелки, т.е.

M=M.

Другим простейшим механизмом является блок. Блок, представляет собой устройство, имеющее форму колеса с желобом, по которому пропускают верёвку, трос или цепь. Различают два основных вида блоков - подвижный или неподвижный. Неподвижный блок можно рассматривать как равноплечий рычаг, у которого плечи сил равны радиусу колеса. Неподвижный блок не даёт выигрыша в силе, но позволяет менять направление действия силы. Подвижный блок-блок, ось которого поднимается и опускается вместе с грузом. Подвижный блок даёт выигрыш в силе в 2 раза, т. е. F=. На практике часто применяют комбинацию подвижного и неподвижного блока. Это позволяет изменить направление силового воздействия с одновременным двукратным выигрышем в силе. Ворот, состоит из цилиндра ( барабана) и прикреплённой к нему рукоятки. Этот простой механизм был изобретён в глубокой древности. Чаще всего его применяли для подъёма воды в колодце. Выигрыш в силе, даваемый воротом, определяется отношением радиуса окружности, описываемой рукояткой, к радиусу цилиндра, на который намотана верёвка.

Более совершённым механизмом является лебёдка. Она представляет собой сочетание ворота с двумя зубчатыми колесами разного диаметра. Лебёдку можно рассматривать как комбинацию двух воротов. Один из них (рукоятка +малое зубчатое колесо) даёт выигрыш в силе, равный отношению ; другой (большое зубчатое колесо +цилиндр, на который наматывается верёвка) даёт выигрыш в силе, равный отношению . Общий выигрыш в силе равен их произведению и потому выражается отношением: выигрыш в силе = * .

Во многих случаях, чтобы поднимать тяжёлый груз на некоторую высоту его вкатывают или втаскивают на ту же высоту по наклонной плоскости или поднимают с помощью блоков.

В древние времена многие простые механизмы использовались в военных целях. Это баллисты, катапульты и другие устройства. Особенно большим количеством изобретений в этой области прославился Архимед. Используя тот или иной механизм, мы совершаем работу, всегда превышающую ту, которая необходима для достижения поставленной цели. В соответствии с этим различают полную Аи полезную работу А . Полезная работа всегда составляет лишь некоторую часть полной работы, которую совершает человек, используя механизм, т. к. часть работы совершается против силы трения в механизме и по перемещению его отдельных частей. Так, применяя подвижный блок, приходится дополнительно совершить работу по подъёму самого блока, верёвки и по преодолению силы трения в оси блока.

Отношение полезной работы к полной работе называется коэффициентом полезного действия механизма (КПД). КПД обычно выражают в процентах и обозначают греческой буквой (читается “эта”).

=*100%.

КПД любого механизма всегда меньше 100%.

Конструируя механизмы, стремятся увеличить их КПД. Для этого уменьшают трение в осях механизмов и их вес. Возникает вопрос: не дают ли простые механизмы выигрыша и в работе?

Уравновесив на рычаге две какие – нибудь разные по модулю силы F и F(cм. логическую схему), приводят рычаг в движение. При этом оказывается, что за одно и то же время точка приложения меньшей силы F проходит больший путь s, а точка приложения большей силы F проходит меньший путь s. Измерив эти пути и модули сил, находят, что пути, пройденные точками приложения сил на рычаге, обратно пропорциональны силам:

= .

Таким образом, действуя на длинное плечо рычага, мы выигрываем в силе, но при этом во столько же раз проигрываем в пути, и наоборот. Этот закон называют “ золотым правилом” механики. Его автором является древнегреческий учёный Герон Александрийский, живший в Ι в н.э. Из последнего равенства следует:

F*s=F*s, т.е. А =А .

Итак, при использовании рычага выигрыша в работе не получают. Многовековая практика показала, что ни один из механизмов не даёт выигрыша в работе. Применяют же различные механизмы для того, чтобы в зависимости от условий работы выиграть в силе или в пути.

Ιv. Итоги урока.

v. Домашнее задание: п.57 прочитать, вопросы с.173 устно.

Литература:

1.А.В. Пёрышкин “ Физика 7”, издательство “Дрофа”, г. Москва, 2014г.

2.С.В. Громов, Н.А. Родина “ Физика 7”, издательство “ Просвещение”, г. Москва, 2000г.

Адрес публикации: https://www.prodlenka.org/metodicheskie-razrabotki/64280-prostye-mehanizmy