В каждом доме, как правило, есть мясорубка, нож для открывания консервных банок, чеснокодавка, детский или взрослый велосипед. Незаменимы в загородном доме или на даче лопата, грабли, мотыга, топор, зубило, тачка.
Заводы и фабрики, ремонтные мастерские и станции техобслуживания оборудованы прессами, станками, подъемниками и многими приспособлениями различных размеров. С их помощью сгибают, режут, штампуют и обрабатывают металлы, дерево и другие материалы, поднимают грузы. В научно-исследовательских институтах, вычислительных центрах, да и во многих домах есть счетные машины, которые за считанные секунды решают сложные математические задачи. Они считают, сортируют, взвешивают и упаковывают вещи. Велосипеды, мотоциклы, автомобили, поезда, пароходы, самолеты помогают человеку перемещаться на значительные расстояния. Но все эти перечисленные «помощники» человека существовали не всегда.
Уже в далекие времена у людей возникла необходимость иметь приспособления, позволяющие получить выигрыш в силе. Иными словами, приспособления, благодаря которым можно поднимать грузы, которые без них нельзя далее сдвинуть с места.
Приспособления, увеличивающие силу или изменяющие ее направление, получили название механизмы. Чтобы облегчить свой труд, то есть получить выигрыш в силе, человек изобрел, создал и начал использовать такие простые механизмы, как рычаг, блок, коловорот, наклонную плоскость, клин, винт, колесо и другие. При помощи этих механизмов люди строили пирамиды (рис. 104), храмы и прочее.
|
| Рис. 104. Использование простых механизмов в строительстве |
Простые механизмы — это не что иное, как орудия труда. В школе на уроках труда знакомились с некоторыми из них.
Намного легче передвигать грузы, поставив их па колеса, раскалывать каменные глыбы или деревянные колоды, пользуясь клином — треугольным куском дерева али металла. Тяжелые предметы, например камни, ящики и даже автомобили, человек может поднимать или приподнимать с помощью длинного деревянного либо металлического стержня или доски, имеющих точку опоры, — рычага (рис. 105).
По принципу рычага работает колодец (рис. 107, 2), народное название которого «журавль». Правда, рычаг имеет недостаток с помощью этого простого механизма нельзя поднять грузы на значительную высоту.
 |
| Рис. 105. Примеры использования рычага (1), клина (2, 4), колеса (3) |
Другой простой механизм — блок — не имеет такого недостатка. Блок изготавливают в виде колеса с углублением для веревки или цепи (рис. 106). Если блок закрепить на нужной высоте и перебросить через него веревку или цепь, то поднимать грузы будет удобней и быстрее. Однако блок не дает выигрыша в силе, а только изменяет направление ее действия. Длительное время этот простой механизм был незаменим при возведении сооружений. Он и теперь используется в индивидуальном строительстве.
В сельской местности воду из колодцев достаточно часто поднимают при помощи коловорота (рис 107, 1). Это также простои механизм. Материал с сайта http://worldofschool.ru
 |
| Рис. 106. Использование блока |
 |
| Рис. 107. Колодец с коловоротом (1) и с «журавлем» (2) |
К простым механизмам относится также и наклонная плоскость. Ее используют для получения выигрыша в силе при перемещении тел (рис. 108).
 |
| Рис. 108. Использование наклонной плоскости |
На этой странице материал по темам: 
Вопросы по этому материалу: worldofschool.ru
Тема урока: Простые механизмы. 7 класс
Цели урока:
Обучающая:
1. Познакомиться с принципом действия и назначением простых механизмов.
2.Раcсмотреть разновидности и применение простых механизмов.
Развивающая:
Продолжить развитие мышления учащихся путём применения полученных знаний к решению практических задач.
Продолжить развитие мыслительных операций: анализ, синтез, обобщение.
Воспитательная:
Развитие коммуникативных навыков.
Развитие навыков работы в команде (взаимоуважение, взаимопомощь и поддержка).
Оборудование: Компьютер, проектор, экран, линейка – рычаг, набор грузов, блоки, веревка.
План урока:
1. Организационный момент.
- Добрый день. Возьмите на партах рабочие карты урока, подпишите их, отметьте вариант и своё настроение в начале урока.
2. Проверка домашнего задания.
- Переходим к проверке домашнего задания.
-Ответьте на вопросы теста в рабочей карте урока.
-Поменяйтесь с соседом проверьте его решение и поставьте друг другу оценки за тест. (Слайд 2)
- Кто получил пятерку? Поднимите руку. Молодцы.
-Решаем задачу в рабочей карте и на доске.
- Проверяем задачу. Ответ 12000 Дж . Поднимите руки у кого ответ 12000 Дж .Молодцы. Это правильный ответ.
3. Изучение нового материала.
- Открываем рабочие тетради . Тема нашего урока: “Простые механизмы ”. (Слайд 1)
Как вы думаете, как древние строители смогли построить Пирамиды в Египте?
Пирамида Хеопса высота 146, 6м, каждая сторона основания 230 м, каменные блоки массой 2,5 до 15 т.
С незапамятных времён человек использует для совершения работы различные предметы и приспособления – простые механизмы.
Сегодня на уроке мы познакомимся с вами с основными видами простых механизмов.
(Слайд 3).
(Слайд 4) Учитель рассказывает о наклонной плоскости и её разновидностях:
Клин (Слайд 5)
Винт (Слайд 6,7)
- Запишем в тетради схему со слайда. (Слайд 8)
-Рассмотрим другой вид простых механизмов - рычаг.
Учитель демонстрирует линейку- рычаг, подвешивает грузы, уравновешивает рычаг.
Вводит понятия – ось вращения, точка опоры, плечо силы, условие равновесия рычага.
F 1/ F2 =L2 / L1
Учащиеся делают вывод : чем больше плечо, тем меньшую силу надо прикладывать…
Учитель: «Блок-простой механизм позволяющий изменять прикладываемую силу по направлению (неподвижный блок), или по величине (подвижный блок).
Представляет собой колесо с жёлобом по окружности, вращающееся вокруг своей оси».
Учитель демонстрирует блоки подвижный и неподвижный.
Если нет необходимого оборудования, то демонстрируются слайды с 9 по 13.
Далее рассматривается ворот, как разновидность рычага. (Слайд 14)
-Итак, мы рассмотрели основные простые механизмы. В современном мире и мы не обходимся без их использования. Простой механизм- рычаг обладает важным свойством, обуславливающим его широкое применение в природных механизмах скелетах животных и человека. Рычажными механизмами в скелетах животных и человека являются почти все кости, имеющие некоторую свободу движения: кости конечностей, нижняя челюсть, фаланги пальцев человека.
Различные простые механизмы, которые нас окружают, позволяют получить выигрыш в силе или расстоянии, делают нашу жизнь удобнее. (Слайд 15)
Поэтому нам необходимо знать и учитывать особенности их действия.
4. Закрепление изученного.
-Давайте попробуем применить наши имеющиеся знания для решения задач.
Ответьте на вопросы:
Почему дверную ручку прикрепляют не в середине двери, а у ее края.
Если на доске перекинутой через бревно качаются 2 мальчика различной массы, то следует ли им садиться на одинаковом расстоянии от опоры.
Отгадаем загадки. (Слайд 16)
5. Домашнее задание.
-Домашнее задание предлагаю выполнить творческое. Запишите из рабочей карты урока.
6. Подведение итогов урока.
- Подведём итог деятельности за урок. Возьмите рабочую карту, поставьте себе оценку за урок и отметьте свое настроение. Сдайте рабочую карту учителю. При подготовке домашнего задания используйте буклет.
- На этом урок закончен. Всем спасибо!
Лисицын Ю.И.
Учитель физики
Приспособления, служащие для преобразования силы, называют простыми механизмами .
Основное назначение простых механизмов :
Наклонная плоскость
Клин
- одна из разновидностей простого механизма под названием " наклонная плоскость ".
Второй разновидностью наклонной плоскости является винт.
Поворачивая рукоятку отвертки по часовой стрелке, мы вызываем продвижение винта шурупа вниз. Другими словами, происходит преобразование движения: вращательное движение шурупа приводит к его поступательному движению .
Простые механизмы
Наклонная плоскость
Рычаг
Блок
Ворот
Клин
Винт
Еще до Нашей Эры люди начали применять рычаги в строительном деле.
Рычагом называют твердое тело, которое может вращаться вокруг некоторой оси.
Рычаг- тело, которое может вращаться вокруг неподвижной оси.
Плечо силы
Плечо силы
Взгляните на рисунок. У первого рычага плечо левой силы в 2 раза больше плеча правой силы, следовательно, и правая сила в два раза больше левой силы. У второго рычага плечо правой силы в 1.5 раза больше плеча левой силы, то есть во столько же раз, во сколько левая сила больше правой силы
Итак, при равновесии на рычаге двух сил большая из них всегда имеет меньшее плечо и наоборот.
Ось закреплена
и при подъёме грузов
остаётся на месте
Ось блока поднимается
и опускается
вместе с грузом
При помощи рычага можно маленькой силой уравновесить большую силу. Рассмотрим, например, подъем ведра из колодца. Рычагом является колодезный ворот - бревно с прикрепленной к нему изогнутой ручкой. Ось вращения ворота проходит сквозь бревно. Меньшей силой служит сила руки человека, а большей силой - сила, с которой ведро и свисающая часть цепи тянет вниз.
l
F
l
F
l
F
F
l
F
l
14
У них тяжелый труд:
все время что-то жмут.
Две сестры качались,
правды добивалась,
А когда добились,
то остановились.
Смотрите, мы раскрыли пасть,
В неё бумагу можно класть:
Бумага в нашей пасти
Разделится на части.
kopilkaurokov.ru
Презентация к уроку физики в 7 классе: "Простые механизмы в технике."
Задачи урока
Образовательная:
·Повторить различные виды простых механизмов; простые механизмы как устройства, служащие для преобразования силы; рассмотреть устройство и принцип действия рычага; условие равновесия рычага. Изучить применение простых механизмов в быту, технике.
Развивающая:
·способствовать развитию умения анализировать, выдвигать гипотезы, предположения, строить прогнозы, наблюдать и экспериментировать;
·способствовать развитию логического мышления;
·развитие умения выражать речью результаты собственной мыслительной деятельности.
Воспитательная:
·пробуждение познавательного интереса к физике;
·воспитание положительного отношения к получению знаний и окружающим явлениям;
·формирование умений критически, но объективно оценивать предметы, явления, поступки и действия (свои и чужие).
Методы, используемые на уроке:
·эвристический метод
·исследовательский метод (частично)
Изучив материал урока, учащиеся должны знать:
виды простых механизмов
устройство и принцип действия рычага
условие равновесия рычага
уметь:
изображать рычаг на чертеже
находить точку опоры рычага
измерять плечи сил
использовать условие равновесия рычага для решения задач
находить нужную информацию, перерабатывать и применять ее.
Оборудование и средства обеспечения учебного процесса:
набор грузов, демонстрационная линейка – рычаг, сантиметровая лента, бутылка минеральной воды, штатив, ножницы, плоскогубцы, кусачки, выдерга, открывалка для бутылок, деревянный брусок с гвоздем, палка, тяжелый портфель,лабораторные рычажные весы, плакаты, лабораторная линейка – рычаг, ученическая линейка.
Виды простых механизмов и их применение.
Физические возможности человека ограничены, поэтому с древних времён человек часто использовал устройства, которые способны преобразовать силу человека в значительно большую силу, т.е. дают выигрыш в силе. Такие механизмы называют «простыми механизмами».
Один из них –это рычаг
А первым человеком, применившим рычаг, был наш далёкий доисторический предок, палкой сдвигавший с места тяжёлые камни в поисках съедобных корней или прятавшихся под корнями мелких животных. Да-да, ведь обыкновенная палка, имеющая точку опоры, вокруг которой её можно поворачивать, - это и есть самый настоящий рычаг.
Есть много свидетельств, что в древних странах - Вавилоне, Египте, Греции - строители широко использовали рычаги при подъёме и перевозке статуй, колонн и огромных камней. В то время они не догадывались о законе рычага, но уже хорошо знали, что рычаг в умелых руках превращает тяжелый груз в лёгкий.
Рычаг - является составной частью почти каждой современной машины, станка, механизма. Экскаватор роет канаву - его железная “рука” с ковшом действует как рычаг. Шофёр меняет скорость автомобиля с помощью рычага переключения скоростей. Аптекарь развешивает порошки на аптекарских очень точных весах, главная деталь этих весов - рычаг.
Вскапывая грядки на огороде, лопата в наших руках тоже становится рычагом. Всевозможные коромысла, рукоятки и вороты всё это рычаги.
Рычг - твёрдое тело, способное вращаться вокруг неподвижной опоры. На практике роль рычага могут играть палка, доска, лом и т.п.
Таким образом, рычаг имеет точку опоры и плечо.
Учитель:
Рычаги бывают различных видов. Давайте рассмотрим наиболее часто встречающиеся.
Рычаг первого рода (точка опоры расположена между точками приложения сил) можно найти, если внимательно рассмотреть, как работают ножницы для резки бумаги и детские качели, рычажные весы.
Рычаг второго рода (нагрузка приложена между точкой опоры и точкой приложения силы) можно увидеть при изучении работы, щипцов для колки орехов и садовой тачки.
Простейшие механизмы — устройства, служащие для преобразования силы. Представляют собой элементы более сложных механизмов. Некоторые из простейших механизмов появились в глубокой древности.
Принято выделять шесть простейших механизмов, из которых четыре являются разновидностью двух основных:
Виды простейших механизмов
· Наклонная плоскость — простой механизм в виде плоскости, установленной под острым углом к горизонтальной поверхности.
· Клин — позволяет увеличить давление за счёт концентрации силы на малой площади. Используется в копье, лопате, пуле и др.
· Винт — используется в шурупах, для подъёма воды (Архимедов винт), в качестве сверла в дрелях, отбойных молотках и др.
· Рычаг — описан Архимедом. Используется для подъёма тяжестей, в качестве выключателей и спусковых крючков (шатун-кривошип — используется в ткацком станке, паровой машине, двигателях внутреннего сгорания).
· Ворот — используется для подъёма воды в колодцах, для ременной передачи и др.
· Блок — колесо с жёлобом, по которому пропускают верёвку, трос или цепь; применяется для изменения величины или направления силы.
· Колесо — используется на транспорте и в зубчатых передачах. Наиболее ранние находки колёс встречаются на территории современной Румынии (неолитическая культура Кукутени — Триполье) и датируются последней четвертью V тысячелетия до н. э.[2]
· Поршень — позволяет использовать энергию расширяющихся нагретых газов или пара. Применяется в огнестрельном оружии и паровой машине.
infourok.ru
На данном уроке речь пойдет о простых механизмах.
Простые механизмы – это устройства, с помощью которых работа совершается только за счет механической энергии. Нас окружают устройства, работающие за счет электроэнергии (см. рис. 1), за счет энергии сгорания топлива, но не всегда так было.
Рис. 1. Чайник, работающий за счет электроэнергии
Раньше всю работу можно было выполнить фактически руками, или с помощью животных, за счет ветра или течения воды (мельницы), то есть за счет механической энергии (см. рис. 2).
Рис. 2. Давние простые механизмы
И помогают в этом, облегчают выполнение работы, простые механизмы.
Наши силы ограничены, и это проблема. Мы, например, не можем за один раз поднять и перенести с одного места на другое тонну кирпичей. Зато мы можем потратить больше времени, пройти большее расстояние туда-сюда и перенести кирпичи по четыре за один подход, или сколько сможем унести. Как быть с шурупом, который нужно вкрутить в дерево? Вкрутить его голыми руками мы не можем. Вкрутить его по кусочку, как гору кирпичей по кирпичику, тоже нельзя. Нужно использовать механизм, отвертку. С ней нам приходится прокрутить шуруп на несколько оборотов, чтобы он вошёл в дерево хотя бы на сантиметр. Но зато это несравненно легче, чем руками.
Рассмотрим такой простой механизм, как, например, лопата. Конечно, она облегчает выполнение работы, с ней намного легче копать землю, чем руками. Мы воткнули лопату в землю. Чтобы поднять ком земли, нужно надавить на черенок. Где вы будете давить, чтобы было легче? Опыт подсказывает, что надо надавить, то есть приложить силу, поближе к концу черенка (см. рис. 3).
Рис. 3. Выбор точки приложения силы
Попробуйте приложить силу ближе к полотну лопаты, поднять ком земли станет намного тяжелее. Прикладывая прежнюю силу, вы уже ничего не поднимете. Именно поэтому лопаты с коротким черенком, например саперные, делаются с маленьким полотном: много земли с коротким черенком все равно не поднимешь.
Лопата представляет собой рычаг. Рычаг – это твердое тело, имеющее неподвижную ось вращения (чаще всего это точка опоры или подвеса). На него действуют силы, которые стремятся повернуть его вокруг оси вращения. У лопаты ось вращения – это точка опоры на верхнем краю ямки (см. рис. 4).
Рис. 4. Ось вращения лопаты
На полотно лопаты с некоторой силой действует комок земли, который мы поднимаем, а на черенок, с меньшей силой, – наши руки (см. рис. 5).
Рис. 5. Действие сил
Рассмотрим другой пример: все катались на качелях-балансире (см. рис. 6).
Рис. 6. Качели-балансир
Это тоже рычаг: есть неподвижная ось вращения, вокруг которой качели вращаются под действием сил тяжести детей.
Чтобы перевесить своего друга, сидящего на противоположном сидении, поднять его, вы сядете на самый край качели. Если сядете ближе к опоре качели, можете не перевесить. Тогда нужно на ваше место посадить кого-то взрослого и тяжелого (см. рис. 7).
Рис. 7. Приложенная сила должна быть больше, чем на краю
В такой точке приложения силы нужна большая сила, чем когда сила прикладывалась к краю качели (см. рис. 8).
Рис. 8. Приложение сил
Как вы уже заметили, чем дальше от точки опоры мы приложим силу, тем меньшая нужна сила для совершения одной и той же работы. Причем сила нужна во столько же раз меньшая, во сколько раз больше плечо рычага. Плечо рычага – это расстояние от точки опоры или подвеса рычага до точки приложения силы (см. рис. 9).
Рис. 9. Плечо рычага и сила
Силы будем прикладывать перпендикулярно рычагу.
Направление силы, действующей на рычаг
В каком направлении вы будете действовать на лопату, чтобы поднять землю? Вы приложите силу к лопате так, чтобы она оборачивалась вокруг точки опоры, то есть перпендикулярно черенку (см. рис. 10).
Рис. 10. Направление силы
Если вы будете действовать вдоль черенка, землю это не поднимет, вы разве что вытащите лопату из земли или воткнете ее глубже. Если вы будете давить на черенок под углом, силу можно представить как сумму двух сил: вы давите перпендикулярно черенку и одновременно толкаете или тащите вдоль черенка (см. рис. 11).
Рис. 11. Действие силы вдоль черенка
Вращать лопату будет только перпендикулярная составляющая.
Итак, у нас есть рычаг и две силы, которые на него действуют: вес груза и сила, которую мы прикладываем, чтобы этот груз поднять. Мы выявили, что чем больше плечо рычага, тем меньше нужна сила, чтобы уравновесить рычаг. Причем во сколько раз больше плечо рычага, во столько раз меньше сила. Математически это можно записать в виде пропорции:
При этом неважно, приложены силы по разные стороны от точки опоры или по одну сторону. В первом случае рычаг назвали рычагом первого рода (см. рис. 12), а во втором – рычагом второго рода (см. рис. 13).
Рис. 12. Рычаг первого рода
Рис. 13. Рычаг второго рода
Работа с лопатой
Мы рассмотрели, как лопата позволяет нам легче копать землю. Она опирается на край образовавшейся ямки в земле, это будет осью ее вращения. Вес земли приложен к короткому плечу рычага, мы руками прикладываем силу к длинному плечу рычага (см. рис. 14).
Рис. 14. Приложение сил к лопате
Причем во сколько раз отличаются плечи рычага, во столько же раз отличаются силы, приложенные к этим плечам.
Итак, мы приподняли ком земли, но дальше нужно взять лопату двумя руками, поднять ее полностью и перенести землю. Где мы возьмемся за черенок лопаты второй рукой? Всё просто, когда мы уже знаем принцип работы рычага. Вторая рука станет новой опорой рычага. Она должна быть расположена так, чтобы снова дать выигрыш в силе, она должна снова разделить рычаг на короткое и длинное плечи. Поэтому мы возьмем лопату как можно ближе к полотну лопаты. Попробуйте поднять лопату, взявшись обеими руками за край – у вас может ничего не получиться даже с пустой лопатой.
Принцип, по которому работает рычаг, используется очень часто. Например, плоскогубцы – рычаг первого рода (см. рис. 15). Мы действуем на ручки плоскогубцев с силой 
, а плоскогубцы действуют на кусок проволоки, трубку или гайку с силой 
, по модулю намного большей, чем . Во столько раз большей, во сколько раз 
больше
:
Рис. 15. Пример рычага первого рода
Еще один рычаг – консервный нож, только теперь точки приложения находятся по одну сторону от точки опоры О. И снова мы прикладываем к ручке силу , а лезвие открывалки действует на жесть консервной банки с намного большей по модулю силой (см. рис. 16).
Рис. 16. Пример рычага второго рода
Во сколько раз 
больше, чем 
? Во столько же, во сколько раз 
больше, чем :
Выигрыш в силе можно получить огромный, мы ограничены разве что длиной рычага и его прочностью.
Рассчитаем, какой длины должен быть рычаг, чтобы с его помощью хрупкая девушка массой 50 кг смогла приподнять автомобиль массой 1500 кг, надавив на рычаг всем своим весом. Точку опоры рычага разместим так, чтобы короткое плечо рычага было равно 1 м (см. рис. 17).
Рис. 17. Рисунок к задаче
В задаче описан рычаг (см. рис. 18).
Рис. 18. Условие задачи 1
Мы знаем, во сколько раз выигрыш в силе дает рычаг:
Силы прикладываются по разные стороны от опоры рычага, поэтому два плеча рычага в сумме составят его длину:
Мы описали математически процесс, заданный в условии. В нашем случае сила 
, действующая на плечо 
, – это вес автомобиля 
, а сила 
, действующая на плечо 
, – вес девушки 
.
Теперь осталось только решить уравнения и найти ответ.
Из первого уравнения найдем плечо .Бόльшая сила приложена к меньшему плечу рычага, значит – это и есть короткое плечо, равное 1 м.
Длина рычага равна:
Ответ: 31 м.
Как лопата копает сама?
Рассматривая примеры, мы не учитывали силу тяжести, действующую на рычаг.
Представьте, что мы воткнули лопату неглубоко в землю. Если лопата достаточно тяжелая, небольшую массу земли она сможет поднять без нашей помощи, нам даже не нужно будет прикладывать к черенку никакую силу. Лопата повернется вокруг оси вращения под действием сил тяжести, действующей на черенок лопаты (см. рис. 19).
Рис. 19. Поворачивание лопаты вокруг своей оси
Однако чаще всего вес рычага пренебрежимо мал по сравнению с силами, которые на него действуют, поэтому в нашей модели мы считаем рычаг невесомым.
На примере девушки и автомобиля мы увидели, что с помощью рычага можно выполнить такую работу, которую без рычага мы бы никогда не выполнили. С помощью рычага можно было бы сдвинуть даже Землю, о чем говорил Архимед (см. рис. 20).
Рис. 20. Предположение Архимеда
Проблема в том, что рычаг не на что опереть, нет подходящей точки опоры. И вы, конечно, представляете, какой невообразимой длины должен быть такой рычаг, ведь масса Земли равна 5974 миллиарда миллиардов тонн.
Слишком всё хорошо получается: мы можем почти неограниченно уменьшать силу, необходимую для выполнения работы. Должен быть подвох, иначе с рычагом наши возможности были бы безграничны. В чем подвох?
Используя рычаг, мы прикладываем меньшую силу, но при этом совершаем большее перемещение (см. рис. 21).
Рис. 21. Перемещение увеличивается
Мы передвинули черенок лопаты на вытянутую руку, но подняли землю всего на несколько сантиметров. Архимед, если бы всё-таки нашел точку опоры, за всю свою жизнь не успел бы повернуть свой рычаг так, чтобы сдвинуть Землю. Чем меньшую силу мы прикладываем, тем большее перемещение совершаем. А произведение силы на перемещение, то есть работа, остается постоянным. То есть рычаг дает выигрыш в силе, но проигрыш в перемещении, или наоборот.
Рычаги, которые используются «наоборот»
Не всегда рычаги используются для того, чтобы совершать работу, прикладывая меньшую силу. Иногда важно выиграть в перемещении, даже если при этом приходится прикладывать бόльшую силу. Так делает рыбак, которому нужно вытащить рыбу, переместить ее на большое расстояние. При этом он использует удочку как рычаг, прикладывая силу к ее короткому плечу (см. рис. 22).
Рис. 22. Использование удочки
Рычагом является и наша рука. Мышцы руки сокращаются, и рука сгибается в локте. При этом она может поднять какой-нибудь груз, совершить работу. При этом на кости предплечья действуют с некоторыми силами мышцы и груз (см. рис. 23).
Рис. 23. Наша рука – рычаг
Ось вращения предплечья – локтевой сустав. Из таких рычагов состоит весь наш опорно-двигательный аппарат. И сам термин «плечо рычага» назван так по аналогии с плечом одного из рычагов в нашем теле – руки.
Мышцы так устроены, что они при сокращении не могут укорачиваться на те полметра, на которые нам нужно поднять, например, чашку с чаем. Нужно выиграть в перемещении, поэтому мышцы крепятся ближе к суставу, к меньшему плечу рычага. При этом нужно приложить бόльшую силу, но для мышц это не проблема.
Рычаг – не единственный простой механизм, который облегчает нам выполнение работы.
Каким простым механизмом вы пользуетесь, когда поднимаетесь на первый этаж? Можно допрыгнуть до окна, если получится, и просто вскарабкаться в комнату. Мы привыкли совершать ту же работу по перемещению себя домой намного безопаснее и легче – поднимаясь по лестнице. Так мы проделываем больший путь, но прикладываем к себе меньшую силу. Если мы сделаем длинную пологую лестницу, подниматься станет еще легче, будем идти почти как по ровной поверхности, но путь проделать придется бόльший (см. рис. 24).
Рис. 24. Пологая лестница
Наклонная плоскость является простым механизмом. Всегда легче не поднимать что-то тяжелое, а втащить его под уклон.
Рассмотрим, как топор раскалывает древесину. Его лезвие заостренное и расширяется ближе к основанию, и чем глубже клин топора вгоняется в древесину, тем шире она раздается и в итоге раскалывается (см. рис. 25).
Рис. 25. Рубка дров
Принцип действия клина тот же, что и для наклонной плоскости. Чтобы раздвинуть части древесины на сантиметр, нужно было бы приложить огромную силу. К клину достаточно приложить меньшую силу, правда, придется совершить большее перемещение вглубь древесины.
По тому же принципу наклонной плоскости работают и винты. Присмотримся к шурупу: бороздка вдоль шурупа представляет собой наклонную плоскость, только обернутую вокруг стержня шурупа (см. рис. 26).
Рис. 26. Наклонная плоскость шурупа
И мы также без особых усилий вгоняем шуруп на нужную нам глубину. При этом, как обычно, проигрываем в перемещении: нужно сделать много оборотов шурупа, чтобы вогнать его на пару сантиметров. В любом случае это лучше, чем раздвинуть древесину и вставить туда шуруп.
Когда мы вкручиваем шуруп отверткой, мы еще больше облегчаем себе работу: отвертка представляет собой рычаг. Смотрите: сила, с которой на жало отвертки действует шуруп, приложена к меньшему плечу рычага, а мы своей рукой действуем на большее плечо (см. рис. 27).
Рис. 27. Принцип работы отвертки
Рукоятка отвертки толще, чем жало. Если бы у отвертки были ручки, как у штопора, выигрыш в силе был бы еще больше.
Мы так часто пользуемся простыми механизмами, что даже не замечаем этого. Возьмем обычную дверь. Сможете назвать три случая использования простого механизма в работе двери?
Обратите внимание, где находится ручка. Она всегда находится у края двери, подальше от петель (см. рис. 28).
Рис. 28. Местоположение ручки на двери
Попробуйте открыть или закрыть дверь, надавив на нее поближе к петлям, будет трудно. Дверь представляет собой рычаг, и чтобы для открытия двери было достаточно как можно меньшей силы, плечо этой силы должно быть как можно больше.
Присмотримся к самой ручке. Если бы она представляла собой голую ось, открыть дверь было бы трудно. Ручка увеличивает плечо, к которому приложена сила, и мы, прикладывая меньшую силу, открываем дверь (см. рис. 29).
Рис. 29. Ручка двери
Присмотримся к форме ключа. Думаю, вы сможете ответить, зачем их делают с широкими головками. А почему петли, на которых дверь держится, расположены не рядом друг с другом, а приблизительно на четверть высоты от краев двери? Вспомните, как мы брали лопату, когда поднимали ее – здесь тот же принцип. А еще можно обратить внимание на срезанный под углом язычок замка, на шурупы, которыми дверь прикручена к петлям (см. рис. 30).
Рис. 30. Петли двери
Как видите, простые механизмы лежат в основе всевозможных устройств – от двери и топора до подъемного крана. Мы используем их неосознанно, когда выбираем, например, где взяться за ветку, чтобы наклонить ее. Сама природа при создании человека использовала простые механизмы, когда создавала нашу опорно-двигательную систему или зубы с их клиновидной формой. И если вы будете внимательны, вы заметите еще множество примеров того, как простые механизмы облегчают выполнение механической работы, и сможете их использовать еще более эффективно.
На этом наш урок окончен, спасибо за внимание!
Список литературы
Дополнительные рекомендованные ссылки на ресурсы сети Интернет
Домашнее задание
interneturok.ru
