Простые механизмы. Рычаг. Равновесие сил на рычаге.

Урок № Тема: Простые механизмы. Рычаг. Равновесие сил на рычаге.

Цели урока: ввести понятие «простой механизм»; выяснить условие равновесия рычага.

Оборудование: штатив; набор грузов; рычаги; блоки; динамометр.

Демонстрации: опыт по рис. 149-153 учебника.

Ход урока

Проверка домашнего задания. Повторение пройденного материала.

Предложите ученикам ряд утверждений, спросите, какие, по их мне­нию, являются верными:

• Мощность характеризует быстроту выполнения работы.

• Мощность показывает, какая работа производится в единицу времени.

• Мощность определяется работой и временем, за которое эта рабо­та была совершена.

• Чем меньше работа, выполняемая за одну секунду, тем меньше развивается мощность.

• Чем меньше работа, выполняемая за определенный отрезок вре­мени, тем меньше развивается мощность.

• Чем больше затрачивается времени на выполнение определенной работы, тем меньше развивается мощность.

Самостоятельная работа

Изучение нового материала

Рассматривание и комментирование плаката - рисунка «Простые механизмы».

- Тысячелетия назад люди выполняли все работы с по­мощью мышечной силы, своей или животных. Со временем они изобрели различные механизмы, чтобы облегчить свой труд. Слово «работа» может иметь несколько значений, но в научном обиходе под работой понимается применение силы для перемещения какого- либо тела.

Много веков назад люди убедились в том, что гораздо легче перемещать тяжелые грузы, перекатывая их на катках. Позднее они изобрели колеса.

Люди помяли, что гораздо легче колоть бревна и камни, если пользоваться треугольным куском дерева и бить по другому его концу. Такое приспособление стали называть клином.

Подъем тяжестей.

Тяжелые грузы легче перемещать с помощью длинной палки, называемой рычагом. Под рычаг ставят подпорку. Ее называют точкой опоры. Вам придется приложить усилие, чтобы нажать на рычаг и поднять груз, но это требует значительно меньше усилий, чем перетаскивание груза. Тачка на колесах представляет собой разновидность рычага. Щипцы и ножницы также устроены по принципу рычага. Точка опоры находится на скрещении режущих кромок.

Попробуйте применить рычаг.

Чем длиннее рычаг, тем легче с ним работать. Попытайтесь открыть крышку с помощью монеты, затем - с помощью чайной ложки. Последнее гораздо легче, так как ложка длиннее.

Блоки.

Блоки помогают поднимать грузы. При этом опускать грузы с помощью блока гораздо легче, чем поднимать их, так как собственный вес груза помогает в этом.

Использование в блоке нескольких колес вместо одного поможет вам под­нимать внушительные грузы. Вес груза при этом распределяется по большей длине троса.

Переходя к изложению основного материала, следует отметить, что физические возможности человека ограничены, поэтому с давних времен человек часто использовал устройства, которые способны преобразовать силу человека в значительно большую силу.

Среди простых механизмов выделяют:

- рычаг и его разновидности - блок, ворот;

- наклонную плоскость и ее виды — клин, винт.

Опр. Рычаг — твердое тело, способное вращаться вокруг неподвижной опо­ры.

На практике роль рычага могут играть стержень, доска, лом и другие предметы.

Различают два вида рычагов:

У рычага 1-го рода точка опоры располагается между линиями дейс­твия приложенных сил (см. рис. 149 учебника), а у рычага 2-го рода она располагается по одну сторону от них (рис. 150 учебника).

Рычаг позволяет получить выигрыш в силе. В III в. до н.э. Архимед от­крыл правило, по которому находят этот выигрыш в силе.

Пусть на рычаге сила справа в 2 раза больше силы слева. Чтобы мень­шей силой уравновесить большую, нужно увеличить расстояние от точ­ки опоры до линии действия меньшей силы (рис. 154).

Опр. Под плечом силы l понимают расстояние от линии действия силы до точки опоры.

Чтобы найти плечо силы, надо из точки опоры опустить перпендикуляр на линию действия силы.

На опыте мы убеждаемся, что если плечо , будет в 2 раза меньше , то рычаг будет находиться в равновесии.

Выигрыш в силе получаемый с помощью рычага определяется отно­шением плеч приложенных сил. Правило равновесия рычага:

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

Теоретически согласно формуле можно получить сколь угодно большой выигрыш в силе, но в реальности этого не бывает. Длина большего пле­ча ограничена, рычаг имеет определенный вес и т.д.

Многие области человеческой деятельности не обходятся без приме­нения рычага. Это — строительство, конструкции отдельных устройств и механизмов (ножницы, весы и т.д.).

Демонстрация работы рычагов

В заключение следует провести демонстрации работы рычагов, на­клонных плоскостей, различных блоков.

Закрепление материала.

• Что называют простыми механизмами?

• Для какой цели применяют простые механизмы?

• Какой простой механизм применяли в Египте при строитель­стве пирамид?

• Что представляет собой рычаг?

• Что называют плечом силы?

• Как найти плечо силы?

• Какое действие оказывают на рычаг силы?

• В чем состоит правило равновесия рычага?

• Кто установил правило равновесия рычага?

Решение примера на с. 139 учебника.

Решение задач № 740, 741

Домашнее задание: §55-56; вопросы к параграфу; № 1, 2, 3 - упр. 30; задачи №№ 734-738.

Задачи повышенной трудности:

1. На концах рычага действуют силы 2 Н и 18 Н. Длина рычага 1 м. Где находится точка опоры, если рычаг в равновесии?

2. Стержень, на одном конце которого подвешен груз весом 120 Н, находится в равновесии в горизонтальном положении, если его подпереть на расстоянии 1/5 длины стержня от груза. Чему равен вес стержня?

Домашние опыты: изучение равновесия рычага

1. Возьмите карандаш, линейку и три-четыре одинаковые стира­тельные резинки:

2. Положите линейку на карандаш так, чтобы она опиралась точно посередине и лежала горизонтально.

3. Положите на расстоянии 10 см от карандаша резинку. Убе­дитесь, что для равновесия линейки, вторую резинку нужно положить также на расстоянии 10 см по другую сторону от ка­рандаша.

4. На одну из резинок положите еще одну. Убедитесь, что для равно­весия линейки, теперь необходимо вдвое уменьшить расстояние этих двух резинок до карандаша.

Дополнительный материал

Архимед (около 287-212 г. до н.э.)

Величайший математик, физик и инженер древности. Архимед вычислил объем и площадь поверхности шара и его частей, цилиндра и тел, образованных вращением эллипса, гиперболы и параболы. Он впервые со значительной точ­ностью вычислил отношение длины окружности к ее диаметру.

Архимед был не только математиком и физиком, он был и одним из круп­нейших инженеров своего времени. В механике им были установлены законы рычага, условия плавания тел («закон Архимеда»), законы сложения параллель­ных сил.

Архимед изобрел машину «улитку» для полива полей и водоподъемный винт (сегодня его можно встретить в современных мясорубках). Архимед предложил использовать системы рычагов и блоков для поднятия больших грузов, изоб­рел военные метательные машины, успешно действовавшие во время осады его родного города Сиракуз.

Рычаг Архимеда

Может ли человек удержать на весу 100 тонн, можно ли рукой расплющить железо, может ли ребенок оказать противодействие силачу? Да, могут.

Автомашину массой в несколько тонн шофер легко приподнимает при помо­щи домкрата. Домкрат — это тот же рычаг, который дает выигрыш в силе при­мерно в 40—50 раз. Ножницы, плоскогубцы, клещи, кусачки и многие другие инструменты — все это рычаги.

Сдвигая колечки ножниц или ручки кусачек, взрослый человек действует обычно с силой в 40—50 Н. Так как одно плечо может превысить другое раз в 20, то оказывается, что мы способны «вгрызаться в металл» с силой в 1000 Н. И это при помощи столь несложного инструмента!

Утверждают, что великий ученый Архимед как-то писал сиракузскому царю Гиерону: «Если бы была другая Земля, я перешел бы на нее и сдвинул бы нашу Землю».

Но давайте пофантазируем: предположим, что великий Архимед получил за­ветную точку опоры и построил крепчайший рычаг. Масса Земли равна 6 ·кг, средний человек поднимает штангу в 60 кг, тогда, чтобы сдвинуть Землю всего на 1 мм, Архимеду пришлось бы проделать путь в км! Этот анекдотический пример показывает масштабы «проигрыша в пути» при работе рычага.