Aplicarea legii de echilibru a unei pârghii la un bloc: regula de aur a mecanicii. Aplicarea legii echilibrului unei pârghii la un bloc: regula de aur a mecanicii Arhimede avea dreptate?

Se numește pârghie solid, care se poate roti în jurul unui punct fix. Se numește punctul fix punct de sprijin. Se numește distanța de la punctul de sprijin până la linia de acțiune a forței umăr această putere.

Condiția de echilibru a pârghiei: pârghia este în echilibru dacă forțele aplicate pârghiei F 1Şi F 2 tind să-l rotească în direcții opuse, iar modulele forțelor sunt invers proporționale cu umerii acestor forțe: F1/F2 = l2/l1 Această regulă a fost stabilită de Arhimede. Potrivit legendei, el a exclamat: Dă-mi un punct de sprijin și voi ridica Pământul .

Pentru pârghie este îndeplinită « regula de aur» mecanica (dacă frecarea și masa pârghiei pot fi neglijate).

Aplicând o anumită forță unei pârghii lungi, puteți folosi celălalt capăt al pârghiei pentru a ridica o sarcină a cărei greutate depășește cu mult această forță. Aceasta înseamnă că prin folosirea pârghiei poți câștiga putere. Când se folosește efectul de levier, un câștig de putere este în mod necesar însoțit de o pierdere egală pe parcurs.

Moment de putere. Regula momentelor

Produsul dintre modulul de forță și umărul acestuia se numește moment de forta.M = Fl , unde M este momentul forței, F este forța, l este pârghia forței.

Regula momentelor: O pârghie este în echilibru dacă suma momentelor forțelor care tind să rotească pârghia într-o direcție este egală cu suma momentelor forțelor care tind să o rotească în sens opus. Această regulă este valabilă pentru orice corp rigid capabil să se rotească în jurul unei axe fixe.

Momentul forței caracterizează acțiunea de rotație a forței. Această acțiune depinde atât de forță, cât și de pârghia acesteia. De aceea, de exemplu, atunci când doresc să deschidă o ușă, încearcă să aplice forță cât mai departe de axa de rotație. Cu ajutorul unei mici forțe, se creează un moment semnificativ, iar ușa se deschide. Este mult mai dificil să îl deschideți prin aplicarea unei presiuni în apropierea balamalelor. Din același motiv, este mai ușor să deșurubați piulița cu o piuliță mai lungă cheie, șurubul se scoate mai ușor folosind o șurubelniță cu mâner mai lat etc.

Unitatea SI a momentului fortei este newtonmetru (1 N*m). Acesta este momentul unei forțe de 1 N având un umăr de 1 m.

Secțiuni: Fizică

Tip de lecție: lectie de invatare a materialelor noi

Obiectivele lecției:

• Educațional:
  • familiarizarea cu utilizarea mecanismelor simple din natură și tehnologie;
  • dezvoltarea abilităților de analiză a surselor de informații;
  • stabiliți experimental regula echilibrului pârghiei;
  • pentru a dezvolta capacitatea elevilor de a efectua experimente (experimente) și de a trage concluzii din acestea.
• Educațional:
  • dezvoltarea abilităților de a observa, analiza, compara, generaliza, clasifica, întocmește diagrame, formula concluzii pe baza materialului studiat;
  • dezvoltarea interesului cognitiv, a independenței de gândire și a inteligenței;
  • dezvolta alfabetizare vorbire orală;
  • dezvoltarea abilităților practice de lucru.
• Educațional:
  • educație morală: dragoste pentru natură, simțul asistenței reciproce camaradele, etica muncii în grup;
  • cultivarea culturii în organizarea muncii educaţionale.

Concepte de baza:

• mecanisme
• pârghie
• puterea umerilor
• bloc
• Poartă
• plan înclinat
• pană
• şurub

Echipament: calculator, prezentare, fișe (fișe de lucru), pârghie pe trepied, set de greutăți, trusă de laborator pe tema „Mecanica, mecanisme simple».

PROGRESUL LECȚIEI

I. Etapa organizatorică

1. Salutare.
2. Determinarea absenților.
3. Verificarea gradului de pregătire a elevilor pentru lecție.
4. Verificarea gradului de pregătire a clasei pentru lecție.
5. Organizarea atenţiei .

II. Etapa de verificare a temelor

1. Dezvăluirea faptului că întreaga clasă a terminat temele.
2. Verificarea vizuală a sarcinilor din registrul de lucru.
3. Aflarea motivelor eșecului individual de către elevi a îndeplinirii sarcinii.
4. Întrebări despre teme.

III. Etapa de pregătire a elevilor pentru asimilarea activă și conștientă a noului material

„Aș putea întoarce Pământul cu o pârghie, doar dă-mi un punct de sprijin”

Arhimede

Ghici ghicitori:

1. Două inele, două capete și un știft în mijloc. ( Foarfece)

2. Două surori se legănau - căutau adevărul și, când l-au reușit, s-au oprit. ( Cântare)

3. Se înclină, se înclină – va veni acasă – se va întinde. ( Topor)

4. Ce fel de uriaș minune este acesta?
Își întinde mâna spre nori
Functioneaza:
Ajută la construirea unei case. ( Macara)

– Privește din nou cu atenție răspunsurile și numește-le într-un singur cuvânt. „Armă, mașină” tradus din greacă înseamnă „mecanisme”.

Mecanism– din cuvântul grecesc „????v?” – armă, construcție.
masina– de la cuvânt latin « machina" – construcție.

– Se dovedește că un băț obișnuit este cel mai simplu mecanism. Cine știe cum se numește?
– Să formulăm împreună tema lecției: ….
– Deschideți caietele, notați data și tema lecției: „Mecanisme simple. Condiții pentru echilibrul unei pârghii.”
– Ce obiectiv ar trebui să ți-l stabilim astăzi la clasă...

IV. Etapa de asimilare a noilor cunoștințe

„Aș putea întoarce Pământul cu o pârghie, doar dă-mi un punct de sprijin” - aceste cuvinte, care sunt epigraful lecției noastre, au fost spuse de Arhimede cu mai bine de 2000 de ani în urmă. Dar oamenii încă le amintesc și le transmit din gură în gură. De ce? Arhimede avea dreptate?

– Pârghiile au început să fie folosite de oameni în cele mai vechi timpuri.
— Pentru ce crezi că sunt?
– Desigur, pentru a fi mai ușor de lucrat.
– Prima persoană care a folosit o pârghie a fost strămoșul nostru preistoric îndepărtat, care a folosit un băț pentru a muta pietrele grele în căutarea rădăcinilor comestibile sau a animalelor mici ascunse sub rădăcini. Da, da, la urma urmei, un baston obișnuit care are un punct de sprijin în jurul căruia poate fi rotit este o adevărată pârghie.
Există multe dovezi că în țările antice - Babilon, Egipt, Grecia - constructorii foloseau pe scară largă pârghii atunci când ridicau și transportau statui, coloane și pietre uriașe. La acea vreme, nu aveau habar despre legea efectului de pârghie, dar știau deja bine că o pârghie în mâini pricepute transformă o sarcină grea într-una ușoară.
Pârghie– este parte integrantă a aproape oricărei mașini, mașini-unelte, mecanisme moderne. Un excavator sapă un șanț - „brațul” său de fier cu o găleată acționează ca o pârghie. Șoferul modifică viteza mașinii folosind maneta schimbătorului de viteze. Farmacistul atârnă pulberile pe cântare de farmacie foarte precise partea principală a acestor cântare este pârghia.
Când săpăm paturi în grădină, lopata din mâinile noastre devine și o pârghie. Toate tipurile de culbutori, mânere și porți sunt toate pârghii.

- Să ne familiarizăm cu mecanisme simple.

Clasa este împărțită în șase grupe experimentale:

1 studiază un plan înclinat.
2 examinează pârghia.
Al 3-lea studiază blocul.
Al 4-lea studiază poarta.
Al 5-lea studiază pană.
6 studiază șurubul.

Lucrarea se desfășoară conform descrierii propuse pentru fiecare grupă în fișa de lucru. ( Anexa 1 )

Pe baza răspunsurilor elevilor, întocmim o diagramă. ( Anexa 2 )

– Cu ce ​​mecanisme te-ai familiarizat...
– La ce sunt folosite mecanismele simple? ...

Pârghie- un corp rigid capabil să se rotească în jurul unui suport fix. În practică, rolul unei pârghii poate fi jucat de un băț, scândură, rangă etc.
Pârghia are un punct de sprijin și un umăr. Umăr– aceasta este cea mai scurtă distanță de la punctul de sprijin la linia de acțiune a forței (adică, perpendiculara coborâtă de la punctul de sprijin la linia de acțiune a forței).
De obicei, forțele aplicate pârghiei pot fi considerate greutatea corpurilor. Pe una dintre forțe o vom numi forța de rezistență, pe cealaltă forța motrice.
In poza ( Anexa 4 ) vezi o pârghie cu brațe egale, care este folosită pentru a echilibra forțele. Un exemplu de astfel de utilizare a pârghiei este o scară. Ce crezi că se va întâmpla dacă una dintre forțe se dublează?
Așa e, cântarul va fi dezechilibrat (o arăt la cântare obișnuite).
Crezi că există o modalitate de a echilibra puterea mai mare cu puterea mai mică?

Băieți, vă recomand la curs mini-experiment deduceți condiția de echilibru pentru pârghie.

Experiment

Pe mese sunt pârghii de laborator. Să aflăm împreună când pârghia va fi în echilibru.
Pentru a face acest lucru, atârnă o greutate de cârligul din partea dreaptă, la o distanță de 15 cm de axă.

• Echilibrați maneta cu o singură greutate. Măsurați-vă umărul stâng.
• Echilibrați pârghia, dar cu două greutăți.
• Măsurați-vă umărul stâng.
• Echilibrați pârghia, dar cu trei greutăți.

Măsurați-vă umărul stâng.

• Echilibrați pârghia, dar cu patru greutăți.
• Măsurați-vă umărul stâng.

- Ce concluzii se pot trage: Acolo unde există mai multă forță, există mai puțină pârghie.

De câte ori a crescut puterea, de atâtea ori a scăzut umărul,

- Să formulăm

regula echilibrului pârghiei: => O pârghie este în echilibru atunci când forțele care acționează asupra ei sunt invers proporționale cu brațele acestor forțe.

– Acum încercați să scrieți această regulă matematic, adică formula:
F 1 l 1 = F 2 l 2 F 1 / F 2 = l 2 / l 1

Regula echilibrului pârghiei a fost stabilită de Arhimede. Închideți ochii și acoperiți-i cu palmele. Imaginați-vă o foaie de hârtie albă și încercați să scrieți mental numele și prenumele pe ea. Plasați un punct la sfârșitul înscrierii. Acum uitați de litere și amintiți-vă doar de punct. Ar trebui să vi se pară că vă mișcați dintr-o parte în alta cu o mișcare de balansare lentă și blândă. Te-ai relaxat... îndepărtează-ți palmele, deschide ochii, tu și cu mine ne întoarcem în lumea reală plini de putere și energie.

V. Etapa de consolidare a noilor cunoștințe

1. Continuați propoziția...

• Pârghia este... un corp rigid care se poate roti în jurul unui suport fix
• Pârghia este în echilibru dacă... forţele care acţionează asupra acesteia sunt invers proporţionale cu braţele acestor forţe.
• Pârghia puterii este... cea mai scurtă distanță de la punct de sprijin la linia de acțiune a forței (adică, perpendiculara a scăzut de la punctul de sprijin la linia de acțiune a forței).
• Forța se măsoară în...
• Levierul se măsoară în...
• Mecanismele simple includ... pârghie și soiurile sale: – pană, șurub; planul înclinat și varietățile sale: pană, șurub.
• Sunt necesare mecanisme simple pentru... pentru a dobândi putere

2. Completați tabelul (de unul singur):

Găsiți mecanisme simple în dispozitive

CONTROL RECIPROC

Transferați evaluarea după control reciproc pe cardul de autoevaluare.

Arhimede avea dreptate?

Arhimede era sigur că nu există o sarcină atât de grea pe care o persoană să nu o poată ridica - trebuie doar să folosească o pârghie.
Și totuși Arhimede a exagerat capacitățile umane. Dacă Arhimede ar ști cât de mare este masa Glob, atunci probabil s-ar fi abținut de la exclamația pe care i-o atribuie legenda: „Dă-mi un punct de sprijin și voi ridica Pământul!” La urma urmei, pentru a mișca pământul cu doar 1 cm, mâna lui Arhimede ar trebui să parcurgă 10-18 km. Se pare că, pentru a mișca Pământul cu un milimetru, brațul lung al pârghiei trebuie să fie mai mare decât brațul scurt cu 100.000.000.000 de trilioane. dată! Capătul acestui braț ar călători 1.000.000 de trilioane. kilometri (aproximativ). Și ar trebui unei persoane multe milioane de ani să parcurgă un astfel de drum!.. Dar acesta este subiectul unei alte lecții.

VI. Etapa de informare a elevilor despre teme, instrucțiuni privind modul de finalizare

1. Rezumat: ce lucruri noi s-au învățat la lecție, cum a funcționat clasa, ce elevi au lucrat cu sârguință (note).

2. Tema pentru acasă

Toată lumea: § 55-56
Pentru cei interesați: creați un puzzle de cuvinte încrucișate pe tema „Mecanisme simple la mine acasă”
Individual: pregătiți mesaje sau prezentări „Pârghii în viața sălbatică”, „Puterea mâinilor noastre”.

- S-a terminat cursul! La revedere, toate cele bune pentru tine!

Știi ce este un bloc? Acesta este un lucru rotund cu un cârlig care este folosit pentru a ridica sarcini la înălțime pe șantierele de construcții.

Arată ca o pârghie? Greu. Cu toate acestea, blocul este și un mecanism simplu. Mai mult, putem vorbi despre aplicabilitatea legii de echilibru a pârghiei la bloc. Cum este posibil acest lucru? Să ne dăm seama.

Aplicarea legii echilibrului

Blocul este un dispozitiv care constă dintr-o roată cu o canelură prin care se trece un cablu, o frânghie sau un lanț, precum și o clemă cu cârlig atașat de axul roții. Blocul poate fi fix sau mobil. Un bloc fix are o axă fixă ​​și nu se mișcă la ridicarea sau coborârea unei sarcini. Un bloc staționar ajută la schimbarea direcției forței. Aruncând o frânghie peste un astfel de bloc, suspendat în vârf, putem ridica sarcina în sus, în timp ce noi suntem dedesubt. Cu toate acestea, folosirea unui bloc fix nu ne oferă niciun câștig în forță. Ne putem imagina un bloc sub forma unei pârghii care se rotește în jurul unui suport fix - axa blocului. Atunci raza blocului va fi egală cu brațele aplicate pe ambele părți ale forțelor - forța de tracțiune a frânghiei noastre cu o sarcină pe o parte și forța gravitațională a sarcinii pe cealaltă. Umerii vor fi egali, deci nu se câștigă putere.

Situația este diferită cu un bloc în mișcare. Blocul în mișcare se mișcă odată cu sarcina, ca și cum ar fi întins pe o frânghie. În acest caz, punctul de sprijin în fiecare moment de timp va fi în punctul de contact al blocului cu frânghia pe o parte, impactul încărcăturii va fi aplicat în centrul blocului, unde este atașat de ax. , iar forța de tracțiune va fi aplicată în punctul de contact cu frânghia de pe cealaltă parte a blocului . Adică, umărul greutății corpului va fi raza blocului, iar umărul forței de împingere va fi diametrul. Diametrul, după cum se știe, este de două ori mai mare decât raza, brațele diferă în lungime de două ori, iar câștigul de rezistență obținut cu ajutorul unui bloc mobil este egal cu două. În practică, se utilizează o combinație de bloc fix și bloc mobil. Un bloc staționar atașat în partea de sus nu oferă niciun câștig de rezistență, dar ajută la ridicarea sarcinii în timp ce stați dedesubt. Iar blocul în mișcare, mișcându-se odată cu sarcina, dublează forța aplicată, ajutând la ridicarea sarcinilor mari la o înălțime.

Regula de aur a mecanicii

Se pune întrebarea: dispozitivele folosite oferă beneficii în exploatare? Munca este produsul dintre distanța parcursă și forța aplicată. Luați în considerare o pârghie cu brațe care diferă cu un factor de doi în lungimea brațului. Această pârghie ne va oferi un câștig dublu în putere, totuși, de două ori, pârghia se va mișca de două ori cale mai lungă. Adică, în ciuda câștigului în forță, munca depusă va fi aceeași. Aceasta este egalitatea muncii atunci când folosim mecanisme simple: de câte ori câștigăm în forță, de câte ori pierdem pe distanță. Această regulă se numește regula de aur a mecanicii, și se aplică absolut tuturor mecanismelor simple. Prin urmare, mecanismele simple facilitează munca unei persoane, dar nu reduc munca pe care o face. Pur și simplu ajută la traducerea unui tip de efort în altul, mai convenabil într-o anumită situație.

O pârghie este un corp rigid care se poate roti în jurul unui punct fix.

Un punct fix se numește punct de sprijin.

Un exemplu binecunoscut de pârghie este un balansoar (Fig. 25.1).

Când se echilibrează doi oameni pe un balansoar? Să începem cu observații. Desigur, ați observat că doi oameni aflați într-un leagăn se echilibrează unul pe altul dacă au aproximativ aceeași greutate și se află aproximativ la aceeași distanță de punct de sprijin (Fig. 25.1, a).

Orez. 25.1. Condiție de echilibru pentru un leagăn: a - oameni de greutate egală se echilibrează între ei atunci când stau la distanțe egale de punct de sprijin; b - oamenii de diferite greutăți se echilibrează între ei atunci când cel mai greu stă mai aproape de fulcr

Dacă acestea două sunt foarte diferite ca greutate, ele se echilibrează doar dacă cea mai grea se așează mult mai aproape de punct de sprijin (Fig. 25.1, b).

Să trecem acum de la observații la experimente: să găsim experimental condițiile de echilibru ale pârghiei.

Să punem experiență

Experiența arată că încărcăturile cu greutate egală echilibrează pârghia dacă sunt suspendate la distanțe egale de punct de sprijin (Fig. 25.2, a).

Dacă sarcinile au greutăți diferite, atunci pârghia este în echilibru atunci când sarcina mai grea este de atâtea ori mai aproape de punct de sprijin cu cât greutatea sa este mai mare decât greutatea plămânilor marfă (Fig. 25.2, b, c).

Orez. 25.2. Experimente pentru a găsi starea de echilibru a unei pârghii

Condiția de echilibru a pârghiei. Distanța de la punctul de sprijin până la linia dreaptă de-a lungul căreia acționează forța se numește brațul acestei forțe. Să notăm F 1 și F 2 forțele care acționează asupra pârghiei din partea sarcinilor (vezi diagramele din partea dreaptă a Fig. 25.2). Să notăm umerii acestor forțe ca l 1 și, respectiv, l 2. Experimentele noastre au arătat că pârghia este în echilibru dacă forțele F 1 și F 2 aplicate pârghiei tind să o rotească în direcții opuse, iar modulele forțelor sunt invers proporționale cu brațele acestor forțe:

F 1 /F 2 = l 2 /l 1.

Această condiție a echilibrului pârghiei a fost stabilită experimental de Arhimede în secolul al III-lea î.Hr. e.

Puteți studia starea de echilibru a unei pârghii experimental în lucrarea de laborator nr. 11.