Дистанционный урок физики "Золотое правило механики. КПД" для обучающихся 7 класса

Золотое правило механики. КПД простых механизмов

Цель урока

• Сформулировать и понять «Золотое правило механики»
• Рассмотреть понятия: полезная, затраченная работы, КПД механизмов
• Выработать умение навыки решение задач по теме «КПД простых механизмов» и «Золотое правило механики»

Обратная связь:

• Лекцию по уроку с решением задач выполнить, но отсылать не нужно.
• Домашнюю работу за 15.04.2020 (решить задачи из сборника Лукашика №750,751,752,766) отправить во время урока (второй парой). Либо через дневник.ру, либо на почту учителя. Оценки будут выставлены за д/з 15.04.2020

План урока

1. Отправить домашнюю работу за 15.04.2020 по расписанию, второй парой.

2. В тетрадях для конспектов разобрать и решить задачи , используя презентацию – консультацию учителя.

3. Выполнить домашнюю работу:

3.1. Подготовиться к контрольной работе, повторить формулы «Простые механизмы, КПД»

3.2. Решить задачи из сборника задач Лукашик

№ 671, 714, 741, 770, 789, 794, 797

Простые механизмы

• С незапамятных времен человек использует для совершения работы различные приспособления

Простые механизмы

• Механизм – от греческого слова – орудие, сооружение.
• Машина – от латинского слова machina – сооружение.
• Блок – от английского слова block – часть подъёмного механизма в виде колеса с жёлобом по окружности.

Приспособления , служащие для преобразования силы , называются

простыми механизмами

К простым механизмам относятся

Рычаг

Наклонная плоскость

Блок

Клин

Винт

Ворот

Простые механизмы

• Наклонная плоскость применяется для перемещения тяжелых предметов на более высокий уровень без их непосредственного поднятия.
• пандусы,
• эскалаторы,
• обычные лестницы,
• конвейеры.

• Если нужно поднять груз на высоту, всегда легче воспользоваться пологим подъемом , чем крутым: чем положе уклон, тем легче выполнить эту работу.

Рычаг

• Рычагом называют твердое тело, которое может вращаться вокруг неподвижной опоры

• Человеку трудно поднять тяжелый предмет.
• Его силы недостаточно, чтобы преодолеть силу тяжести .
• С помощью рычага ему получить выигрыш в силе.

Различают два вида рычагов

Рычаг I рода

Рычаг II рода

Плечо силы

• Кратчайшее расстояние между точкой опоры и прямой , вдоль которой действует на рычаг сила , называется плечом силы

Плечо силы F 1

Точка опоры

Плечо силы F 1

Линия действия силы

Перпендикуляр

Плечо силы F 2

Плечо силы F 2

Чтобы найти плечо силы надо из точки опоры опустить прпендикуляр на линию действия силы

Условия равновесия рычага

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

Это правило было установлено Архимедом. По легенде, он воскликнул:

«Дайте мне точку опоры, и я подниму Землю»

l 2 = 2

l 1 = 3

F 1 = 2

F 2 = 3

Условия равновесия рычага

• Чтобы невращающееся тело находилось в равновесии, необходимо, чтобы равнодействующая всех сил, приложенных к телу, была равна нулю.

• При вычислении равнодействующей все силы приводятся к одной точке C

• Равновесие твердого тела под действием трех сил.

Момент силы

• Произведение модуля силы, вращающей тело, на ее плечо называют моментом силы :
• Момент силы – величина скалярная .
• За единицу момента силы принимается момент силы в

• 1 Н , плечо которой равно 1 м :

• 1 Н·м

F

l

Рычаг и человек

Применение равновесия рычага к блоку

Подвижный блок

Неподвижный блок

Плечо силы l = 2r

Плечо силы l = r

Неподвижный блок при работе не изменяет положения оси вращения

Подвижный блок при работе перемещается

• M = F∙2r = P∙2r
• не дает выигрыша в работе

• служит только для изменения направления действия силы

• M = F · r = P∙r/2
• F = P/2

• дает выигрыш в силе в 2 раза

Комбинируя определенным числом подвижных и неподвижных блоков, можно получить значительный выигрыш в силе

Если есть простейший полиспаст — сочетание группы подвижных и неподвижных блоков, то выигрыш в силе тяги — четный , а в более сложных конструкциях — произвольный

Неподвижный блок

Неподвижные блоки

Подвижные блоки

Подвижный блок

Выигрыш силе в 4 раза

Выигрыш силе в 2 раза

Различные виды блоков

Характеристика механизма, определяющая какую долю полезная работа составляет от полной , называется коэффициентом полезного действия — КПД

Коэффициент полезного действия механизма

При подъеме груза мы преодолеваем силу тяжести веревки , силу трения , силу тяжести других приспособлений

• Тот или иной механизм нужен, в конечном итоге, для совершения работы.

• Полезная работа А п - необходимая нам работа.
• Затраченная на подъем работа оказывается всегда больше полезной

Работа по преодолению силы тяжести: A = mgh

Пути повышения КПД

• уменьшают массу движущихся частей,
• уменьшают трение в деталях.
• Созданы машины и механизмы, у которых КПД достигает 98-99%.

• Построить машину с КПД равным 100% невозможно , можно лишь достичь условия, что
• А п ≈ А з

ЗОЛОТОЕ правило механ ики

• Ни один механизм не дает выигрыша в работе.

• А п ≈ А з
• F 1 ∙s 1 ≈ F 2 ∙s 2

• Во сколько раз выигрываем в силе , во столько раз проигрываем в расстоянии .

• 2F 1 ≈ F 2
• s 1 ≈ 2s 2

s 2

s 1

Пример расчета КПД

• Вкатывая бочки массой m по наклонной плоскости длиной L , человек прикладывают силу F . Высота плоскости – h .

• Работа полезная:

• А п = mgh

• Работа затраченная:

• A з = F∙L
• КПД

F

L

h

mg

Решение задач:

ГИА-2010-4. Какой из простых механизмов может дать больший выигрыш в работе — рычаг, наклонная плоскость или подвижный блок?

• 1) рычаг
• 2) наклонная плоскость
• 3) подвижный блок
• 4) ни один простой механизм ни дает выигрыша в работе

ГИА-2010-4. Рычаг дает выигрыш в силе в 5 раз. Каков при этом выигрыш или проигрыш в расстоянии?

• выигрыш в 5 раз
• нет ни выигрыша, ни проигрыша
• проигрыш в 5 раз
• выигрыш или проигрыш в зависимости от скорости движения

ЕГЭ-2020 г. А3 . На рычаг действуют две силы, плечи которых равны 0,1 м и 0,3 м. Сила, действующая на короткое плечо, равна 3 Н. Чему должна быть равна сила, действующая на длинное плечо, чтобы рычаг был в равновесии?

F 1  ·  d 1 = F 2  ·  d 2

• 1 Н
• 6 Н
• 9 Н
• 12 Н

3 Н  ·  0,1 м = F 2  ·  0,3 м

ЕГЭ-2019 г. А4 . На рисунке изображен тонкий невесомый стержень, к которому в точках 1 и 3 приложены силы F 1 = 100 Н и F 2 = 300 Н. В какой точке надо расположить ось вращения, чтобы стержень находился в равновесии? Ось вращения закреплена.

• 2
• 6
• 4
• 5

ЕГЭ-2019 г. А5 . Рычаг находится в равновесии под действием двух сил. Сила F 1 = 4 H. Какова сила F 2 , если плечо силы F 1 равно 15 см, а плечо силы F 2 равно 10 см?

• 4 Н
• 0,16 Н
• 6 Н
• 2,7 Н

2019 г. А4 (ДЕМО). Груз А колодезного журавля (см. рисунок) уравновешивает вес ведра, равный 100 Н. (Рычаг считайте невесомым.) Вес груза равен

• 20 Н
• 25 Н
• 400 Н
• 500 Н

ЗАДАЧА № 1

Груз массой 3,6 кг равномерно переместили к вершине наклонной плоскости длиной 2,4 м и высотой 0,6 м. При этом была приложена сила 15 Н. Каков КПД установки?

ЗАДАЧА № 2

Вычислите КПД рычага, с помощью которого груз массой 200 кг равномерно подняли на высоту 0,03 м, при этом к длинному плечу рычага была приложена сила 400 Н, а точка приложения силы опустилась на 0,2 м.

ЗАДАЧА № 3

Груз массой 30 кг поднимают на высоту 12 м с помощью неподвижного блока, действуя на веревку силой 400 Н. Вычислите КПД установки.

ЗАДАЧА № 4

Высота наклонной плоскости 1,2 м, а длина 12 м. Для подъема по ней груза весом 2000 Н потребовалась сила 250 Н. Определите КПД этой наклонной плоскости.

ЗАДАЧА № 5

Груз массой 15 кг равномерно перемещают по наклонной плоскости, прикладывая при этом силу в 40 Н. Чему равно КПД наклонной плоскости, если длина ее 1,8 м, а высота — 30 см?