Правило равновесия рычагов

Правило равновесия рычага

Ещё до Нашей Эры люди начали применять рычаги в строительном деле. Например, на рисунке вы видите использование рычага для подъёма тяжестей при постройке пирамид в Египте.

Рычагом называют твёрдое тело, которое может вращаться вокруг некоторой оси. Рычаг – это не обязательно длинный и тонкий предмет. Например, рычагом является любое колесо, так как оно может вращаться вокруг оси.

Введём два определения. Линией действия силы назовём прямую, проходящую через вектор силы. Плечом силы назовём кратчайшее расстояние от оси рычага до линии действия силы. Из геометрии вы знаете, что кратчайшее расстояние от точки до прямой – это расстояние по перпендикуляру к прямой.

Проиллюстрируем эти определения. На рисунке слева рычагом является педаль. Ось её вращения проходит через точку О. К педали приложены две силы: F1 – сила, с которой нога давит на педаль, и F2 – сила упругости натянутого троса, прикреплённого к педали. Проведя через вектор F1 линию действия силы (изображена пунктиром), и, построив к ней перпендикуляр из т.О, мы получим отрезок ОА – плечо силы F1

С силой F2 дело обстоит проще: линию её действия можно не проводить, так как её вектор расположен более удачно. Построив из т. О перпендикуляр на линию действия силы F2, получим отрезок ОВ – плечо силы F2.

При помощи рычага можно маленькой силой уравновесить большую силу. Рассмотрим, например, подъём ведра из колодца (см. рис. в § 5-б). Рычагом является колодезный ворот – бревно с прикреплённой к нему изогнутой ручкой. Ось вращения ворота проходит сквозь бревно. Меньшей силой служит сила руки человека, а большей силой – сила, с которой цепь тянет вниз.

Справа показана схема ворота. Вы видите, что плечом большей силы является отрезок OB, а плечом меньшей силы – отрезок OA. Видно, что OA > OB. Другими словами, плечо меньшей силы больше плеча большей силы. Такая закономерность справедлива не только для ворота, но и для любого другого рычага.

Опыты свидетельствуют, что при равновесии рычага плечо меньшей силы во столько раз больше плеча большей, во сколько раз большая сила больше меньшей:

Рассмотрим теперь вторую разновидность рычага – блоки. Они бывают подвижными и неподвижными (см. рис.).

К левому, подвижному блоку, подвешен груз весом 8 Н. Правый блок – неподвижный. Через оба блока перекинута нить. Вы видите, что её конец натянут с силой 4 Н. Как же нам в этом случае удаётся удерживать груз весом 8 Н? Ответим на этот вопрос.

Натягивая конец нити, мы действуем на точку B подвижного блока, как бы «приподнимаем» её. Тем самым отрезок ОВ (по сути рычаг) как бы поворачивается вокруг точки О против часовой стрелки.

Плечо «синей силы» – отрезок ОВ в 2 раза больше отрезка ОА – плеча «красной» силы. Поэтому и силы отличаются в 2 раза: 4 Н и 8 Н. Именно поэтому мы силой в 4 Н удерживаем вес груза 8 Н.

Равновесие сил на рычаге. Момент силы. 7-й класс

Презентация к уроку

Внимание! Предварительный просмотр слайдов используется исключительно в ознакомительных целях и может не давать представления о всех возможностях презентации. Если вас заинтересовала данная работа, пожалуйста, загрузите полную версию.

Цели:

  • экспериментально исследовать и доказать условие равновесия рычага,
  • вывести правило моментов,
  • научиться применять правила,
  • познакомиться с обозначением и единицами измерения момента сил,
  • повторить простые механизмы и понятие рычага,
  • продолжить формирование навыков исследовательской и экспериментальной работы и умения мыслить самостоятельно, выделять главное,
  • развивать познавательный интерес к предмету и наблюдательность.

Оборудование: штатив с муфтой и лапкой, динамометр, набор грузов по 102 г, масштабная линейка, рычаг. Презентация к уроку.

План урока.

  • Проверка домашнего задания.
  • Актуализация знаний.
  • Объяснение нового материала.
  • Закрепление пройденного материала на уроке.
  • Итог урока. Домашнее задание.
  • Человек должен верить, что непостижимое постижимо; иначе он не стал бы исследовать. И. Гёте (слайд 1).

    1. Опрос учащихся

    Какие простые механизмы вы знаете? Что называют механизмами?

    Что такое рычаг? Применение рычагов. (Презентация и ответы учащихся – слайд 2, 3, 4)

    2. (слайд 5) Объяснить рисунок. Назвать точки. Найти плечо силы и объяснить порядок построения.

    Как вращает сила данный рычаг? Что необходимо сделать, чтобы рычаг находился в равновесии?

    (слайд 6) Можно ли предсказать поведение рычага в данной ситуации?

    (записать в рабочую тетрадь) Вывод: поведение рычага (будет он находиться в равновесии или нет)

    зависит от силы (числового значения и направления) и от того, к какой точке она приложена.

    3. Это нам поможет найти и выяснить правила равновесия рычага и момента сил.

    Объявление темы урока и целей урока. (слайд 7, 8)

    Естествознание

    Еще до Нашей Эры люди начали применять рычаги в строительном деле. Например, на рисунке вы видите использование рычага при постройке пирамид в Египте. Рычагом называют твердое тело, которое может вращаться вокруг некоторой оси. Рычаг — это необязательно длинный и тонкий предмет. Например, колесо — тоже рычаг, так как это твердое тело, вращающееся вокруг оси.

    Введем еще два определения. Линией действия силы назовем прямую, проходящую через вектор силы. Кратчайшее расстояние от оси рычага до линии действия силы назовем плечом силы. Из курса геометрии вы знаете, что кратчайшее расстояние от точки до прямой — это расстояние по перпендикуляру к этой прямой.

    Проиллюстрируем эти определения примером. На рисунке слева рычагом является педаль. Ось ее вращения проходит через точку О. К педали приложены две силы: F1 — сила, с которой нога давит на педаль и F2 — сила упругости натянутого троса, прикрепленного к педали. Проведя через вектор F1 линию действия силы (изображена голубым цветом), и, опустив на нее перпендикуляр из т. О, мы получим отрезок ОА — плечо силы F1.

    С силой F2 дело обстоит еще проще: линию ее действия можно не проводить, так как вектор этой силы расположен более удачно. Опустив из т. О перпендикуляр на линию действия силы F2, получим отрезок ОВ — плечо этой силы.

    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.

    На чертеже слева показана схема ворота. Вы видите, что плечом большей силы является отрезок OB, а плечом меньшей силы — отрезок OA. Ясно видно, что OA > OB. Другими словами, плечо меньшей силы больше плеча большей силы. Такая закономерность справедлива не только для ворота, но и для любого другого рычага. В более общем виде она звучит так:

    При равновесии рычага плечо меньшей силы во столько раз больше плеча большей силы, во сколько раз большая сила больше меньшей:

    В этой формуле — d1:d2 — отношение плеч сил
    F2:F1 — обратное отношение сил

    Проиллюстрируем это правило при помощи школьного рычага с грузиками. 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 бо’льшая из них всегда имеет меньшее плечо и наоборот.

    Урок «Условия равновесия рычага. Момент силы»

    Учебная тема: Условия равновесия рычага. Момент силы .

    Технологическая карта изучения темы « Условия равновесия рычага. Момент силы . »

    Урок открытия нового знания (технология деятельностного метода)

    Сформировать понятие «рычаг» и экспериментально вывести условие равновесия рычага – правило моментов

    -усвоить понятия «рычаг». «равновесие рычага», «момент силы»;

    исследовать условие равновесия рычага;

    -определять выигрыш в силе при использовании различных рычагов;

    -владеть способами выполнения расчетов для нахождения момента силы.

    Способность к самооценке на основе критерия успешности учебной деятельности.

    — уметь ориентироваться в своей системе знаний: отличать новое от уже известного с помощью учителя; добывать новые знания: находить ответы на вопросы, используя учебник, свой жизненный опыт и информацию, полученную на уроке

    — уметь определять и формулировать цель на уроке с помощью учителя;

    -уметь высказывать сво ѐ предположение на основе работы с материалом учебника;

    — уметь проводить исследование на основе составленного плана;

    -оценивать правильность выполнения действия на уровне адекватной ретроспективной оценки;

    -вносить необходимые коррективы в действие после его завершения на основе его оценки и учета характера сделанных ошибок;

    -планировать свои действия в соответствии с поставленной задачей

    Уметь оформлять свои мысли в устной форме; слушать и понимать речь других; учиться работать в группе, формулировать собственное мнение и позицию.

    Рычаг, равновесие рычага, момент силы

    здоровьесберегающая; деятельностного метода; личностно-ориентированная; информационно – коммуникационная

    а) по источнику знаний: словесные; беседа (взаимодействие, осуществление обратной связи и развитие устной речи учащихся); наглядные; практические

    б) по степени взаимодействия учителя и учащихся: беседа; самостоятельная работа

    в) по характеру познавательной деятельности: репродуктивные; проблемные; частично-поисковые; постановка проблемы, поиск решений, подтверждений, выдвинутых предположений

    г) методы стимулирования : создание ситуации успеха, поощрения

    Формы проверки достижений ожидаемого результата

    Фронтальная работа, индивидуальная работа, групповая работа, работа в паре

    О учебник Перышкин А.В. «Физика. 7 кл», компьютер; мультимедийный проектор, экран; мультимедийная презентация

    Цель: подготовить учащихся к работе; психологически настроить учащихся на предстоящее занятие.

    Учитель: Здравствуйте, юные друзья! Посмотрите друг на друга, улыбнитесь друг другу. Начнем урок.

    Однажды по берегу моря вдвоем
    Гулял Архимед с сиракузским царем.
    А рядом триеру тащили на мель

    И тут Архимед Гиерона спросил:
    – Ты помнишь мой винт для подъема воды?
    В Египте рабам я облегчил труды.
    А знаешь, как людям помог бы рычаг
    В труде непосильном. К примеру,
    Оть я… вот эту триеру.
    Стоит Гиерон, потирает висок:
    – Ты втащишь триеру? Один? На песок?!
    – Триеру на берег втащу я один.
    Вот ты через месяц сюда приходи…
    И я удивлю Сиракузы.
    В назначенный срок собирается люд
    Гиерон. Я вижу веревки и много колес, и я поражаюсь размеру,
    Но даже Геракл, ухватившись за трос, не втащит на берег триеру…
    И тут Архимед повернул колесо –
    Триера послушно ползет на песок.
    Гиерон. Не верю глазам! Столько силы в плечах?!
    Архимед. Нет, царь! Эту силу умножил рычаг! Взглянул Архимед: небо, горы и море кругом.
    – Я землю бы мог повернуть рычагом,
    Лишь дайте мне точку опоры.

    Учитель: Как вы думаете, о чем мы будем говорить сегодня?

    Откройте тетради, запишите число и тему урока: «Равновесие сил на рычаге. Момент силы»

    (τριήρης) — у древних греков трехгребное судно, на котором гребцы располагались в три яруса.

    Фиксация настроения. Проверка готовности рабочего места.

    Физика (7 класс)/Работа и мощность. Энергия

    Запишем условие задачи, и решим ее.

    где F -сила, которую нужно приложить, чтобы равномерно поднимать плиту вверх. Эта сила по модулю равна силе тяж Fтяж, действующей на плиту, т. е. F = Fтяж. А силу тяжести можно определить по массе плиты: Fтяж = gm. Массу плиты вычислим, зная ее объем и плотность гранита: m = ρV; s = h, т. е. путь равен высоте подъема.

    Итак, m = 2500 кг/м3 · 0,5 м3 = 1250 кг.

    F = 9,8 Н/кг · 1250 кг ≈ 12 250 Н.

    A = 12 250 Н · 20 м = 245 000 Дж = 245 кДж.

    Ответ: А =245 кДж.

    Рычаги.Мощность.Энергия

    На совершение одной и той же работы различным двигателям требуется разное время. Например, подъемный кран на стройке за несколько минут поднимает на верхний этаж здания сотни кирпичей. Если бы эти кирпичи перетаскивал рабочий, то ему для этого потребовалось бы несколько часов. Другой пример. Гектар земли лошадь может вспахать за 10-12 ч, трактор же с многолемешным плугом (лемех — часть плуга, подрезающая пласт земли снизу и передающая его на отвал; многолемешный — много лемехов), эту работу выполнит на 40-50 мин.

    Ясно, что подъемный кран ту же работу совершает быстрее, чем рабочий, а трактор — быстрее чем лошадь. Быстроту выполнения работы характеризуют особой величиной, называемой мощностью.

    Мощность равна отношению работы ко времени, за которое она была совершена.

    Чтобы вычислить мощность, надо работу разделить на время, в течение которого совершена эта работа. мощность = работа/время.

    где N — мощность, A — работа, t — время выполненной работы.

    Мощность — величина постоянная, когда за каждую секунду совершается одинаковая работа, в других случаях отношение A/t определяет среднюю мощность:

    Nср = A/t . За единицу мощности приняли такую мощность, при которой в 1 с совершается работа в Дж.

    Эта единица называется ваттом (Вт) в честь еще одного английского ученого Уатта.

    1 ватт = 1 джоуль/ 1 секунда, или 1 Вт = 1 Дж/с .

    Ватт (джоуль в секунду) — Вт ( 1 Дж/с).

    В технике широко используется более крупные единицы мощности — киловатт (кВт), мегаватт (МВт) .

    1 МВт = 1 000 000 Вт

    1 Вт = 0,000001 МВт

    Пример. Найти мощность потока воды, протекающей через плотину, если высота падения воды 25 м, а расход ее — 120 м3 в минуту.

    Запишем условие задачи и решим ее.

    Масса падающей воды: m = ρV,

    m = 1000 кг/м3 · 120 м3 = 120 000 кг (12 · 104 кг).

    Сила тяжести, действующая на воду:

    F = 9.8 м/с2 · 120 000 кг ≈ 1 200 000 Н (12 · 105 Н)

    Работа, совершаемая потоком в минуту:

    А — 1 200 000 Н · 25 м = 30 000 000 Дж (3 · 107 Дж).

    Мощность потока: N = A/t,

    N = 30 000 000 Дж / 60 с = 500 000 Вт = 0,5 МВт.

    Ответ: N = 0.5 МВт.

    Различные двигатели имеют мощности от сотых и десятых долей киловатта (двигатель электрической бритвы, швейной машины) до сотен тысяч киловатт (водяные и паровые турбины).

    Мощность некоторых двигателей, кВт.

    На каждом двигателе имеется табличка (паспорт двигателя), на которой указаны некоторые данные о двигателе, в том числе и его мощность.

    Мощность человека при нормальный условиях работы в среднем равна 70-80 Вт. Совершая прыжки, взбегая по лестнице, человек может развивать мощность до 730 Вт, а в отдельных случаях и еще бóльшую.

    Зная мощность двигателя, можно рассчитать работу, совершаемую этим двигателем в течение какого-нибудь промежутка времени.

    Из формулы N = A/t следует, что

    Чтобы вычислить работу, необходимо мощность умножить на время, в течение которого совершалась эта работа.

    Пример. Двигатель комнатного вентилятора имеет мощность 35 Вт. Какую работу он совершает за 10 мин?

    Запишем условие задачи и решим ее.

    A = 35 Вт * 600с = 21 000 Вт* с = 21 000 Дж = 21 кДж.

    Простые механизмы.

    С незапамятных времен человек использует для совершения механической работы различные приспособления.

    Каждому известно, что тяжелый предмет (камень, шкаф, станок), который невозможно сдвинуть руками, можно сдвинуть с помощью достаточно длинной палки — рычага.

    На данный момент считается, что с помощью рычагов три тысячи лет назад при строительстве пирамид в Древнем Египте передвигали и поднимали на большую высоту тяжелые каменные плиты.

    Во многих случаях, вместо того, чтобы поднимать тяжелый груз на некоторую высоту, его можно вкатывать или втаскивать на ту же высоту по наклонной плоскости или поднимать с помощью блоков.

    Приспособления, служащие для преобразования силы, называются механизмами.

    К простым механизмам относятся: рычаги и его разновидности — блок, ворот; наклонная плоскость и ее разновидности — клин, винт. В большинстве случаев простые механизмы применяют для того, чтобы получить выигрыш в силе, т. е. увеличить силу, действующую на тело, в несколько раз.

    Простые механизмы имеются и в бытовых, и во всех сложных заводских и фабричных машинах, которые режут, скручивают и штампуют большие листы стали или вытягивают тончайшие нити, из которых делаются потом ткани. Эти же механизмы можно обнаружить и в современных сложных автоматах, печатных и счетных машинах.

    Рычаг. Равновесие сил на рычаге.

    Рассмотрим самый простой и распространенный механизм — рычаг.

    Рычаг представляет собой твердое тело, которое может вращаться вокруг неподвижной опоры.

    На рисунках показано, как рабочий для поднятия груза в качестве рычага, использует лом. В первом случае рабочий с силой F нажимает на конец лома B, во втором — приподнимает конец B.

    Рабочему нужно преодолеть вес груза P — силу, направленную вертикально вниз. Он поворачивает для этого лом вокруг оси, проходящей через единственную неподвижную точку лома — точку его опоры О. Сила F, с которой рабочий действует на рычаг, меньше силы P, таким образом, рабочий получает выигрыш в силе. При помощи рычага можно поднять такой тяжелый груз, который своими силами поднять нельзя.

    На рисунке изображен рычаг, ось вращения которого О (точка опоры) расположена между точками приложения сил А и В. На другом рисунке показана схема этого рычага. Обе силы F1 и F2, действующие на рычаг, направлены в одну сторону.

    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.

    Длина этого перпендикуляра и будет плечом данной силы. На рисунке показано, что ОА — плечо силы F1; ОВ — плечо силы F2 . Силы, действующие на рычаг могут повернуть его вокруг оси в двух направлениях: по ходу или против хода часовой стрелки. Так, сила F1 вращает рычаг по ходу часовой стрелки, а сила F2 вращает его против часовой стрелки.

    Условие, при котором рычаг находится в равновесии под действием приложенных к нему сил, можно установить на опыте. При этом надо помнить, что результат действия силы, зависит не только от ее числового значения (модуля), но и от того, в какой точке она приложена к телу, или как направлена.

    К рычагу (см рис.) по обе стороны от точки опоры подвешиваются различные грузы так, что каждый раз рычаг оставался в равновесии. Действующие на рычаг силы, равны весам этих грузов. Для каждого случая измеряются модули сил и их плечи. Из опыта изображенного на рисунке 154, видно, что сила 2 Н уравновешивает силу 4 Н. При этом, как видно из рисунка, плечо меньшей силы в 2 раза больше плеча большей силой.

    На основании таких опытов было установлено условие (правило) равновесия рычага.

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

    Это правило можно записать в виде формулы:

    где F1 и F2— силы, действующие на рычаг, l1 и l2, — плечи этих сил (см. рис.).

    Правило равновесия рычага было установлено Архимедом около 287 — 212 гг. до н. э. (но ведь в прошлом параграфе говорилось, что рычаги использовались египтянами? Или тут важную роль играет слово «установлено»?)

    Из этого правила следует, что меньшей силой можно уравновесить при помощи рычага бóльшую силу. Пусть одно плечо рычага в 3 раза больше другого (см рис.). Тогда, прикладывая в точке В силу, например, в 400 Н, можно поднять камень весом 1200 Н. Что0бы поднять еще более тяжелый груз, нужно увеличить длину плеча рычага, на которое действует рабочий.

    Пример. С помощью рычага рабочий поднимает плиту массой 240 кг (см рис. 149). Какую силу прикладывает он к большему плечу рычага, равному 2,4 м, если меньшее плечо равно 0,6 м?

    Запишем условие задачи, и решим ее.

    По правилу равновесия рычага F1/F2 = l2/l1, откуда F1 = F2 l2/l1, где F2 = Р — вес камня. Вес камня asd = gm, F = 9,8 Н · 240 кг ≈ 2400 Н

    Тогда, F1 = 2400 Н · 0,6/2,4 = 600 Н.

    Ответ : F1 = 600 Н.

    В нашем примере рабочий преодолевает силу 2400 Н, прикладывая к рычагу силу 600 Н. Но при этом плечо, на которое действует рабочий, в 4 раза длиннее того, на которое действует вес камня (l1 : l2 = 2,4 м : 0,6 м = 4).

    Применяя правило рычага, можно меньшей силой уравновесить бóльшую силу. При этом плечо меньшей силы должно быть длиннее плеча большей силы.

    Момент силы.

    Вам уже известно правило равновесия рычага:

    Пользуясь свойством пропорции (произведение ее крайних членов, равно произведению ее средних членов), запишем его в таком виде:

    В левой части равенства стоит произведение силы F1 на ее плечо l1, а в правой — произведение силы F2 на ее плечо l2 .

    Произведение модуля силы, вращающей тело, на ее плечо называется моментом силы; он обозначается буквой М. Значит,

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

    Это правило, называемое правилом моментов, можно записать в виде формулы:

    Действительно, в рассмотренном нами опыте, (§ 56) действующие силы были равны 2 Н и 4 Н, их плечи соответственно составляли 4 и 2 давления рычага, т. е. моменты этих сил одинаковы при равновесии рычага.

    Момент силы, как и всякая физическая величина, может быть измерена. За единицу момента силы принимается момент силы в 1 Н, плечо которой ровно 1 м.

    Эта единица называется ньютон-метр (Н · м).

    Момент силы характеризует действие силы, и показывает, что оно зависит одновременно и от модуля силы, и от ее плеча. Действительно, мы уже знаем, например, что действие силы на дверь зависит и от модуля силы, и от того, где приложена сила. Дверь тем легче повернуть, чем дальше от оси вращения приложена действующая на нее сила. Гайку, лучше отвернуть длинным гаечным ключом, чем коротким. Ведро тем легче поднять из колодца, чем длиннее ручка вóрота, и т. д.

    Рычаги в технике, быту и природе.

    Правило рычага (или правило моментов) лежит в основе действия различного рода инструментов и устройств, применяемых в технике и быту там, где требуется выигрыш в силе или в пути.

    Выигрыш в силе мы имеем при работе с ножницами. Ножницыэто рычаг (рис), ось вращения которого, происходит через винт, соединяющий обе половины ножниц. Действующей силой F1 является мускульная сила руки человека, сжимающего ножницы. Противодействующей силой F2 — сила сопротивления такого материала, который режут ножницами. В зависимости от назначения ножниц их устройство бывает различным. Конторские ножницы, предназначенные для резки бумаги, имеют длинные лезвия и почти такой же длины ручки. Для резки бумаги не требуется большой силы, а длинным лезвием удобнее резать по прямой линии. Ножницы для резки листового металла (рис.) имеют ручки гораздо длиннее лезвий, так как сила сопротивления металла велика и для ее уравновешивания плечо действующей силы приходится значительно увеличивать. Еще больше разница между длиной ручек и расстоянии режущей части и оси вращения в кусачках (рис.), предназначенных для перекусывания проволоки.

    Рычаги различного вида имеются у многих машин. Ручка швейной машины, педали или ручной тормоз велосипеда, педали автомобиля и трактора, клавиши пианино — все это примеры рычагов, используемых в данных машинах и инструментах.

    Примеры применения рычагов — это рукоятки тисков и верстаков, рычаг сверлильного станка и т. д.

    На принципе рычага основано действие и рычажных весов (рис.). Учебные весы, изображенные на рисунке 48 (с. 42), действуют как равноплечий рычаг. В десятичных весах плечо, к которому подвешена чашка с гирями, в 10 раз длиннее плеча, несущего груз. Это значительно упрощает взвешивание больших грузов. Взвешивая груз на десятичных весах, следует умножить массу гирь на 10.

    Устройство весов для взвешивания грузовых вагонов автомобилей также основано на правиле рычага.

    Рычаги встречаются также в разных частях тела животных и человека. Это, например, руки, ноги, челюсти. Много рычагов можно найти в теле насекомых (прочитав книгу про насекомых и строение их тела), птиц, в строении растений.

    Применение закона равновесия рычага к блоку.

    Блок представляет собой колесо с желобом, укрепленное в обойме. По желобу блока пропускается веревка, трос или цепь.

    Неподвижным блоком называется такой блок, ось которого закреплена, и при подъеме грузов не поднимается и не опускается (рис).

    Неподвижный блок можно рассматривать как равноплечий рычаг, у которого плечи сил равны радиусу колеса (рис): ОА = ОВ = r. Такой блок не дает выигрыша в силе. (F1 = F2), но позволяет менять направление действие силы. Подвижный блок — это блок. ось которого поднимается и опускается вместе с грузом (рис.). На рисунке показан соответствующий ему рычаг: О — точка опоры рычага, ОА — плечо силы Р и ОВ — плечо силы F. Так как плечо ОВ в 2 раза больше плеча ОА, то сила F в 2 раза меньше силы Р:

    Таким образом, подвижный блок дает выигрыш в силе в 2 раза.

    Это можно доказать и пользуясь понятием момента силы. При равновесии блока моменты сил F и Р равны друг другу. Но плечо силы F в 2 раза больше плеча силы Р, а, значит, сама сила F в 2 раза меньше силы Р.

    Обычно на практике применяют комбинацию неподвижного блока с подвижным (рис.). Неподвижный блок применяется только для удобства. Он не дает выигрыша в силе, но изменяет направление действия силы. Например, позволяет поднимать груз, стоя на земле. Это пригождается многим людям или рабочим. Тем не менее, он даёт выигрыш в силе в 2 раза больше обычного!

    Равенство работ при использовании простых механизмов. «Золотое правило» механики.

    Рассмотренные нами простые механизмы применяются при совершении работы в тех случаях, когда надо действием одной силы уравновесить другую силу.

    Естественно, возникает вопрос: давая выигрыш в силе или пути, не дают ли простые механизмы выигрыша в работе? Ответ на поставленный вопрос можно получить из опыта.

    Уравновесив на рычаге две какие-нибудь разные по модулю силы F1 и F2 (рис.), приводим рычаг в движение. При этом оказывается, что за одно и то же время точка приложения меньшей силы F2 проходит больший путь s2 , а точка приложения большей силы F1 — меньший путь s1. Измерив эти пути и модули сил, находим, 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.

    Произведение силы F на путь s есть работа. Наши опыты показывают, что работы, совершаемые силами, приложенными к рычагу, равны друг другу:

    Итак, при использовании рычага выигрыша в работе не получится.

    Пользуясь рычагом, мы можем выиграть или в силе, или в расстоянии. Действуя же силой на короткое плечо рычага, мы выигрываем в расстоянии, но во столько же раз проигрываем в силе.

    Существует легенда, что Архимед, восхищенный открытием правила рычага, воскликнул: «Дайте мне точку опоры, и я переверну Землю!».

    Конечно, Архимед не мог бы справиться с такой задачей, если бы даже ему и дали бы точку опоры (которая должна была бы быть вне Земли) и рычаг нужной длины.

    Для подъема земли всего на 1 см длинное плечо рычага должно было бы описать дугу огромной длины. Для перемещения длинного конца рычага по этому пути, например, со скоростью 1 м/с, потребовались бы миллионы лет!

    Не дает выигрыша в работе и неподвижный блок, в чем легко убедиться на опыте (см. рис.). Пути, проходимые точками приложения сил F и F, одинаковы, одинаковы и силы, а значит, одинаковы и работы.

    Можно измерить и сравнить между собой работы, совершаемые с помощью подвижного блока. Чтобы при помощи подвижного блока поднять груз на высоту h, необходимо конец веревки, к которому прикреплен динамометр, как показывает опыт (рис.), переместить на высоту 2h.

    Таким образом, получая выигрыш в силе в 2 раза, проигрывают в 2 раза в пути, следовательно, и подвижный блок, на дает выигрыша в работе.

    Многовековая практика показала, что ни один из механизмов не дает выигрыш в работе. Применяют же различные механизмы для того, чтобы в зависимости от условий работы выиграть в силе или в пути.

    Уже древним ученым было известно правило, применимое ко всем механизмом: во сколько раз выигрываем в силе, во столько же раз проигрываем в расстоянии. Это правило назвали «золотым правилом» механики.

    Коэффициент полезного действия механизма.

    Рассматривая устройство и действие рычага, мы не учитывали трение, а также вес рычага. в этих идеальных условиях работа, совершенная приложенной силой (эту работу мы будем называть полной), равна полезной работе по подъему грузов или преодоления какого — либо сопротивления.

    На практике совершенная с помощью механизма полная работа всегда несколько больше полезной работы.

    Часть работы совершается против силы трения в механизме и по перемещению его отдельных частей. Так, применяя подвижный блок, приходится дополнительно совершать работу по подъему самого блока, веревки и по определению силы трения в оси блока.

    Какой мы механизм мы не взяли, полезная работа, совершенная с его помощью, всегда составляет лишь часть полной работы. Значит, обозначив полезную работу буквой Ап, полную(затраченную) работу буквой Аз, можно записать:

    Смотрите еще:

    • Правило кирхгофа вывод Правило кирхгофа вывод Расчет разветвленных цепей с помощью закона Ома довольно сложен. Эта задача решается более просто с помощью двух правил немецкого физика Г. Кирхгофа (1824 – 1887). Первое правило Кирхгофа утверждает, что […]
    • Посылки по россии правила Обзор тарифов Почты России Простые, заказные, ценные отправления Простое отправление - идет, как обычное письмо или газета. Почтальон приносит и бросает его в почтовый ящик. Простыми могут быть только бандероли. Заказное, оно же […]
    • Запятая в сложном предложении с союзом и правило Правило недели: запятая перед союзом и в сложносочинённых предложениях Сегодня разберём правило, касающееся постановки знаков препинания между простыми предложениями в составе сложносочинённого. Для начала освежим память: […]
    • Преамбула к закону что это НОРМАТИВНО-ПРАВОВОЙ АКТ Нормативно-правовой акт – это властное предписание государства, устанавливающее, изменяющее или отменяющее нормы права. Нормативно-правовой акт характеризуется следующими чертами: во-первых, он содержит […]
    • 26 мая 1988 закон о кооперации Закон О кооперации в СССР. Первые коммерческие банки в Советском Союзе Собственно, и Закон СССР «О государственном предприятии (объединении)», и весь пакет принятых 17 июля 1987 г. партийно- правительственных Постановлений решали, […]
    • Займ в банке под залог Можно ли взять кредит под залог единственной квартиры? Сможете ли вы взять потребительский кредит под залог единственной квартиры залогодателя, причём с определёнными обременениями сказать не берусь, так как однозначного ответа на […]
    • Пример преступления совершенного умышленно Пример преступления совершенного умышленно Умышленное преступление, преступление, совершенное по неосторожности. Примеры. Преступлением, совершенным умышленно, признается деяние, совершенное с прямым или косвенным умыслом. […]
    • Правило на зн и сн Непроизносимые согласные, сочетания с -сн- -зн- - Всё на пять! Непроизносимые согласные, сочетания с -сн- -зн- В некоторых словах буквы Д, Т, В, Л не произносятся, но пишутся.Например: звёздный, местный, здравствуй, солнце. Чтобы […]