Работает рычаг. Простые механизмы: рычаг, равновесие сил на рычаге

В физике простыми механизмами называют приспособлении типа рычагов или винтов. Они предназначены для того, чтобы уменьшить необходимое для производства работы усилие человека и использовать это усилие наиболее эффективно. Часто несколько простых механизмов соединяют вместе. В результате получаются более сложные механизмы - сверла, часы. Колесо - одно из важнейших изобретений человечества. На нем основано действие многих механизмов.

Работа и мощность

Работа - физический термин, применяемый при рассмотрении движении тела под воздействием силы. Работа производится только тогда, когда есть передвижение тела и направлении действия силы. Тягловая сила быков и усилие человека заставляют плуг двигаться, значит, производиться работа. Работа - это передача энергии от одного тела к другому. Как и , работа измеряется в джоулях (Дж). 1 Дж равен работе (и затраченной энергии), произведенной при передвижении тела на 1 метр силой в 1 Н. Челочек, толкает ящик на З метра, прикладывая силу в 100 Н. Значит, проделана работа и в 300 Дж.

Мощность - это скорость, с которой производится работа (или передается энергия). Единица мощности - ватт (Вт); названа и честь Джеймса Уатта (см. статью « »). Что­бы вычислить мощность, нужно работу разделить на затраченное на нее время. Если мы хотим передвинуть этот ящик не за 2 минуты, а за одну, то нам потребуется вдвое большая мощность.

Усилие и нагрузка

Чтобы сдвинуть тело с места, необходи­мо преодолеть известную силу, называемую нагрузкой; часто это просто вес тела. Простые механизмы помогают человеку более эффективно использовать прилагаемое усилие. Нагрузка равна силе, развиваемой отверткой; она больше, чем затраченное человеком усилие. Усилие - это сила, поворачивающая рукоятку. Разделив нагрузку на усилие, мы получим отношение, называемое выигрышем в силе. Сжимая ручки щипцов, мы прикладываем к ним силу в 1 Н. При этом нам необходимо преодолеть нагружу в 4 Н, чтобы расколоть орех. Значит, выигрыш в силе равен 4:1. Если выигрыш в силе равен 4:1, это значит, что сила, прикладываемая механизмом к объекту, вчетверо превышает усилие человека. Такие механизмы называются усилителями .

Рычаги

Рычаг - это стержень, поворачивающийся вокруг неподвижной точки опоры. Рычаг облегчает манипуляции с тяжелыми грузами. Типы рычагов различаются положением точки опоры по отношению к месту приложения усилия и нагрузки. В рычагах первого типа точка опоры находится между точками приложении усилии и нагрузки. В рычагах второго типа па группа находится между точкой приложения усилии и точкой опоры. В рычагах третьего типа (см. рис.) усилие прикладывается между нагрузкой и точкой опоры. Чем дальше точка опоры от места усилия, тем легче работать с рычагом (подробнее об этом читайте в статье « », раздел «Вращающие силы»). Естественно, чаще используются более длинные рычаги.

Колесо

Когда колесо поворачивается, то на его ось действует большая сила, чем на обод. Этот эффект используется для получения выигрыша в силе, например в рулевом колесе. Чем больше руль, тем легче поворачивается его ось. Когда колесо фонографа поворачивается, на ось воздействует сила, достаточная для действия механизма. При повороте оси колесо переводит вращательное движение в прямолинейное движение, благодаря чему с его помощью возможно перемещение грузов. Точки обода колеса проходят большее расстояние, чем ось, т.к. диаметр колеса больше диаметра оси. Колесики роликовых коньков поворачиваются вокруг своих осей, и благодаря этому ботинок движется прямолинейно.

Зубчатая передача используется в различных сложных машинах, от автомобиля до часов, для изменения вращающей силы и скорости вращения. В такой передаче изменяется направление и величина вращающего усилия. Для зубчатой передачи необходимы два и более зубчатых колеса; зубцы одного точно входят в пазы другого. Тогда вращение одного ко­леса вызывает вращение другого. Большая шестерня заставляет маленькую вращаться быстрее, и наоборот. Действие механических часов основано на сложной системе взаимосвязанных зубчатых колес.

Винты

Винт — это стержень с резьбой, т. е. его можно рассматривать как наклонную плоскость, «надетую» на цилиндр. Стержень — это цилиндр, а резь­ба - наклонная плоскость. Чтобы погрузить штопор в пробку, его приходится повернуть, много раз, но это всё же легче, чем вонзить его без вращения. Вращающая сила благодаря резьбе превращается в силу, действующую вдоль оси винта. Эта сила заставляет винт погружаться в препятствие. Спиральная лестница – это тот же винт. Идти по ней долго, тем не менее карабкаться вертикально вверх ещё труднее.

Блок

Блок облегчает подъем тяжелых грузов. На нем основано действие лифтов и кранов. Груз укрепляют на конце каната, переброшенного через колесо (или систему колес) с желобком на ободе. Если потянуть другой конец каната, груз начнет подниматься. Чтобы поднять тело при помощи блока, вы должны тянуть вниз: при этом вес нашего тела помогает процессу. Чем больше колес входит в блок, тем легче поднимать груз, так как его вес распределяется по большему участку каната. такой кран может поднять вчетверо больший груз, чем одноколесный блок, так как вес распределён по четырём участкам каната.

Вот как работает рычаг первого типа. Положите на карандаш плоскую деревянную или металлическую полоску, например прочную линейку. На один коней линейки положите книгу. Нажмите на линейку с другой стороны, и книга поднимется. Попробуйте переместить карандаш под линейкой, и вы увидите, что чем длиннее рычаг, тем легче под­нимать груз.

Использование простых механизмов

Простые механизмы используются самыми разнообразными способами в составе более сложных ма­шин. В нашем теле, как и в телах животных, есть заложенные природой простые механизмы. – древнейший механизм для перекачки воды из рек. идёт вверх по наклонностям при вращении винта. – простейшая форма винта. Он заставляет корабль двигаться в воде (см. статью « «), а самолёт – в воздухе (см. статью « «). Веер – это рычаг третьего типа. Когда вы обмахиваетесь веером, ваше запястье работает как точка опоры.

Наклонная плоскость

Примерами наклонных плоскостей могут служить скат или склон холма. По наклонной плоскости поднимать грузы лег­че, чем вертикально, так как груз проходит большее расстояние, следовательно, для производства той же самой работы требуется меньшая сила. Наклонная плоскость в 8 раз длиннее вертикальной линии, значит, на подъем груза необходима сила в 8 раз меньше. Строители египетских пирамид (подробнее об этом в статье « »), возможно, использовали спиралевидные наклонные плоскости для подъёма колоссальных каменных блоков на вершину пирамид. Высота самых больших пирамид около 146 метров.

Сила человека ограничена. Поэтому он часто применяет устройства (или приспособления), позволяющие преобразовать его силу в силу, существенно большую. Примером подобного приспособления является рычаг.

Рычаг представляет собой твердое тело, способное вращаться вокруг неподвижной опоры. В качестве рычага могут быть использованы лом, доска и тому подобные предметы.

Различают два вида рычагов. У рычага 1-го рода неподвижная точка опоры O располагается между линиями действия приложенных сил (рис. 47), а у рычага 2-го рода она располагается по одну сторону от них (рис. 48). Использование рычага позволяет получить выигрыш в силе. Так, например, рабочий, изображенный на рисунке 47, прикладывая к рычагу силу 400 Н, сможет приподнять груз весом 800 Н. Разделив 800 Н на 400 Н, мы получим выигрыш в силе, равный 2.

Для расчета выигрыша в силе, получаемого с помощью рычага, следует знать правило, открытое Архимедом еще в III в. до н. э. Для установления этого правила проделаем опыт. Укрепим на штативе рычаг и по обе стороны от оси вращения прикрепим к нему грузы (рис. 49). Действующие на рычаг силы F 1 и F 2 будут равны весам этих грузов. Из опыта, изображенного на рисунке 49, видно, что если плечо одной силы (т. е. расстояние OA ) в 2 раза превышает плечо другой силы (расстояние OB ), то силой 2 Н можно уравновесить в 2 раза большую силу – 4 Н. Итак, для того чтобы уравновесить меньшей силой большую силу, необходимо, чтобы ее плечо превышало плечо большей силы. Выигрыш в силе, получаемый с помощью рычага, определяется отношением плеч приложенных сил . В этом состоит правило рычага .

Обозначим плечи сил через l 1 и l 2 (рис. 50). Тогда правило рычага можно представить в виде следующей формулы:

Эта формула показывает, что рычаг находится в равновесии, если приложенные к нему силы обратно пропорциональны их плечам .

Рычаг начал применяться людьми в глубокой древности. С его помощью удавалось поднимать тяжелые каменные плиты при постройке пирамид в Древнем Египте (рис. 51). Без рычага это было бы невозможно. Ведь, например, для возведения пирамиды Хеопса, имеющей высоту 147 м, было использовано более двух миллионов каменных глыб, самая меньшая из которых имела массу 2,5 т!

В наше время рычаги находят широкое применение как на производстве (например, подъемные краны), так и в быту (ножницы, кусачки, весы и т. д.).

1. Что представляет собой рычаг? 2. В чем заключается правило рычага? Кто его открыл? 3. Чем отличается рычаг 1-го рода от рычага 2-го рода? 4. Приведите примеры применения рычагов. 5. Рассмотрите рисунки 52, а и 52, б. В каком случае груз нести легче? Почему?
Экспериментальное задание. Положите под середину линейки карандаш так, чтобы линейка находилась в равновесии. Не меняя взаимного расположения линейки и карандаша, уравновесьте иа полученном рычаге одну монету с одной стороны и стопку из трех таких же монет с другой стороны. Измерьте плечи приложенных (со стороны монет) сил и проверьте правило рычага.

28 апреля в школе будет проходить научно-практическая конференция НОУ "Спектр".

Немного истории
Давным-давно, еще в 2005 году мы с моими учениками в школе организовали научное общество "Пифагорёнок", где занимались различной деятельностью от разбора олимпиадных задач, до исследовательских работ. Ежегодно, привлекая и других математиков школы, проводили конференции, затем вывозили ребят на конференции в Нальчик. Ежегодно наши ребята занимали призовые места на республиканских конкурсах. Все было как надо, у нас был свой устав, программа, требования. В конце года подводили итоги и каждому члену НОУ присваивались академические звания:

• «почетный академик» - победителям и призерам международных и российских, республиканских предметных олимпиад, смотров, конкурсов;
• «академик» - призерам областных и городских предметных олимпиад, конкурсов, смотров;
• «магистр» - победителям школьных олимпиад, смотров, конкурсов;
• «бакалавр» - призерам школьных олимпиад, смотров, конкурсов.

О нашем обществе тогда знали все. Гудели. На конференции в Нальчике как-то нам сказали, что не могут нам каждый раз давать призовые места, не вести много работ на конкурс. Что тоже сыграло свою роль. Когда член жюри, республиканского конкурса, при детях говорит "Ваши работы самые лучшие, но мы не можем дать больше одного места" ....
http://alfusja-bahova.ucoz.ru/index/nou_quot_pifagorenok_quot/0-5
Кстати, все ребята, которые тогда занимались в научном обществе без труда поступили в лучшие технические ВУЗы Москвы и Питера, на данный момент закончили успешно университеты. А одну девочку оставили в университете в Питере (не могу сейчас точно назвать названия вузов). Горжусь своими ребятами.

Но всему приходит конец. И нашему НОУ тоже. За эту работу мне никто ничего не оплачивал, а как только стали за это платить, "такая корова нужна самому", выяснилось, что "Пифагорёнок" нашей школе не нужен, создали новое общество "Спектр", где все проводится "спустя рукава", не хочу даже говорить об этом.

После одного пренеприятного случая перестала принимать с ребятами участия в школьных конференциях.

А в этом году, решила все же выйти на конференцию школьную со своими кружковцами. В среду приступили к проекту. Посмотрим, что получится.

На очередном занятии кружка приступили к исследовательскому проекту "Рычаг. Виды рычагов. Рычаги в быту человека".
Цель и задачи исследовательской работы:

1. Изучить устройство и принцип действия рычага;
2. Собрать механизм «Рычаг» с помощью Lego «Физика и технология»;
3. Исследовать свойства рычага. Выяснить условие равновесия рычага;
4. Анкетирование одноклассников;
5. Исследовать использование рычага в доме, в быту, в технике, в спорте и развлечениях;
6. Выводы.

В вашем браузере отключен JavaScript

На следующем занятии кружка продолжим свое исследование.

РS. На данном сайте много классных физиков, я рада была бы получить от Вас советы и рекомендации по нашему проекту. Не откажусь ни от какой помощи!!!

Рычагом называют твердое тело, которое может вращаться вокруг неподвижной точки. Неподвижную точку называют точкой опоры . Расстояние от точки опоры до линии действия силы называют плечом этой силы.

Условие равновесия рычага : рычаг находится в равновесии, если приложенные к рычагу силы F 1 и F 2 стремятся вращать его в противоположных направлениях, причем модули сил обратно пропорциональны плечам этих сил: F 1 /F 2 = l 2 /l 1 Это правило было установлено Архимедом. По легенде он воскликнул: Дайте мне точку опоры и я подниму Землю .

Для рычага выполняется «золотое правило» механики (если можно пренебречь трением и массой рычага).

Прикладывая к длинному рычагу некоторую силу, можно другим концом рычага поднимать груз, вес которого намного превышает эту силу. Это означает, что, используя рычаг, можно получить выигрыш в силе. При использовании рычага выигрыш в силе обязательно сопровождается таким же проигрышем в пути.

Момент силы. Правило моментов

Произведение модуля силы на ее плечо называют моментом силы . M = Fl , где М - момент силы, F - сила, l - плечо силы.

Правило моментов : рычаг находится в равновесии, если сумма моментов сил, стремящихся вращать рычаг в одном направлении, равна сумме моментов сил, стремящихся вращать его в противоположном направлении. Это правило справедливо для любого твердого тела, способного вращаться вокруг закрепленной оси.

Момент силы характеризует вращающее действие силы . Это действие зависит как от силы, так и от ее плеча. Именно поэтому, например, желая открыть дверь, стараются приложить силу как можно дальше от оси вращения. С помощью небольшой силы при этом создают значительный момент, и дверь открывается. Открыть ее, оказывая давление около петель, значительно труднее. По той же причине гайку легче отворачивать более длинным гаечным ключом, шуруп легче вывернуть с помощью отвертки с более широкой ручкой и т. д.

Единицей момента силы в СИ является ньютон-метр (1 Н*м). Это момент силы 1 Н, имеющей плечо 1 м.

«Первые шаги в науку»

Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение средняя общеобразовательная школа с углубленным изучением отдельных предметов №32 г.о.Самара

Секция: Физика

Тема: «Сила есть! Ума не надо?»

Абрамов Данила,

ученик 4 Б класса

МБОУ СОШ № 32

г.о. Самара

Руководитель работы

Зиберт Галина Ивановна,

учитель начальных классов

г.Самара, 2015

Оглавление

I . Введение ……………………………………………………………………..3

II . Основная часть. Рычаг и его разновидности……………………………...5

1. Из истории рычага ………………………………..………………….….5

1. Архимед – механик……………………………………………….….….6

1. Что такое рычаг……………………………………………………….….7

1. Разновидности рычага …………………………………………………..9

III . Практическая часть…………………………………………………..…..11

3.1 Рычаги в технике и быту ……………………………………………...….11

3.2. Лабораторная работа на тему

«Выяснение условий равновесия рычага» ……………………...…….12

3.3. Эксперименты в домашних условиях …………………………………13

3.4. Изготовление устройств и моделей, работающих по принципу

рычага ……………………………………………….…………………...15

IV . Заключение …………………………….…………………………..….….17

Литература ……………………………………………..………………….…..18

Приложения……………………………………………………………………...19

Введение

Однажды мы всей семьей поехали на машине в лес. Все было просто замечательно, если бы не начавшийся дождь. Он заставил нас вернуться и поехать домой. И, конечно же, на размокшей от дождя дороге мы застряли. Все попытки вытолкать машину были напрасны… И тогда мой папа сказал: «Вот бы нам сейчас, сынок, на помощь силача какого-нибудь!». Но силачей и богатырей поблизости не оказалось, а подъехал трактор. Он размотал лебедку, привязал трос к нашей машине и за 5 минут вытащил ее.

Я всегда очень хотел быть сильным, настоящим помощником и быть похожим на русских богатырей - добрых, честных, сильных и ловких. Но тут я задал себе вопрос: «Каким же образом некоторые люди могут выполнять такие, казалось бы, непосильные для простого человека задачи?»

Я выдвинул гипотезу - скорее всего, существуют механизмы, которые помогают человеку стать сильнее. (См. слайд 1) .

Цель исследования : выяснить принцип работы простейших механизмов. (См. слайд 1) .

В поисках ответа я обратился к науке физике. Я узнал, что сила самого человека ограничена, поэтому он часто применяет устройства, позволяющие увеличить силу его действия. Такие устройства называют простыми механизмами. К ним относятся: рычаг и его разновидности – блок и ворот; наклонная плоскость и её разновидности - клин и винт.

Задачи :

1. узнать о происхождении и видах рычага;

2. провести опыты с рычагом;

3. с помощью взрослых смоделировать устройства, работающие по принципу рычага;

4. подготовить электронную презентацию по результатам исследования. (См. слайд 1) .

Объект: рычаг.

Предмет: применение рычагов в жизни людей.

Методы : поиск информации в литературе и Интернете, наблюдение, описание и измерение, опытно - экспериментальная работа, моделирование.

II . Рычаг и его разновидности.

«Дайте мне точку опоры, и я переверну Землю!»

Архимед

1. Из истории рычага.

Человек – существо разумное. Именно разум всегда давал ему возможность создавать приспособления, делавшие его сильнее или быстрее зверя, жить в условиях, в которых он без этих вещей не мог бы выжить.

Одним из первых таких приспособлений стал рычаг. Ещё первобытный человек превратил обычный шест в инструмент для поднятия тяжестей. Подсунув длинную палку под камень и оперев ее на кусок деревяшки, которая служила опорой, можно было без проблем переместить камень в другое место. Чем длиннее шест, тем легче работать. Изобретение рычага продвинуло первобытного человека по пути его развития.

Мотыга и весло были изобретены человеком для уменьшения силы, которую необходимо было прикладывать для выполнения какой - либо работы. (См. слайд 1) .

В пятом тысячелетии до нашей эры в Месопотамии применялись весы, использовавшие принцип рычага для достижения равновесия.

Без рычага было бы невозможно поднять тяжёлые каменные плиты при постройке пирамид в Древнем Египте. Для возведения пирамиды Хеопса, имеющей высоту 147 м, было использовано 2300000 каменных глыб, самая меньшая из которых имела массу 2,5 т.

Около 1500 года до нашей эры в Египте и Индии появляется шадуф – прародитель современных кранов, устройство для поднимания сосудов с водой. В России так же использовалось подобное устройство для поднятия воды из колодца и называлось оно «Журавль».

Таким образом, мы не знаем ни имени автора рычага, ни точной даты его изобретения. Но с полной уверенностью можем утверждать, что древние люди без математических правил и законов физики придумали и широко использовали простые механизмы, опираясь на свою интуицию и опыт.

2.2 Архимед - механик.

Рычаг, блок, наклонная плоскость заинтересовали ученого Архимеда, проживавшего в Древней Греции во времена античности. В III веке до н. э. Архимед дал первое письменное объяснение принципу работы рычага, связав понятия силы, груза и плеча. Закон равновесия, сформулированный им, используется до сих пор и звучит как: «Рычаг находится в равновесии тогда, когда действующие на него силы обратно порпорциональны плечам этих сил» . Архимед изложил полную теорию рычага и успешно применял ее на практике. Плутарх сообщает, что Архимед построил в порту Сиракуз немало блочно-рычажных механизмов для облегчения подъёма и транспортировки тяжёлых грузов. Изобретённый им архимедов винт (шнек) для вычерпывания воды до сих пор применяется в Египте. Архимед является и первым теоретиком механики. Он начинает свою книгу «О равновесии плоских фигур» с доказательства закона рычага. (См. слайд 1) .

Легенда рассказывает, что построенный Гиероном в подарок египетскому царю Птолемею тяжёлый многопалубный корабль «Сиракузия» никак не удавалось спустить на воду. Архимед соорудил систему блоков (полиспаст), с помощью которой он смог проделать эту работу одним движением руки. По легенде, Архимед заявил при этом: «Будь в моём распоряжении другая Земля, на которую можно было бы встать, я сдвинул бы с места нашу» (в другом варианте: «Дайте мне точку опоры, и я переверну мир»). (См. слайд 1) .

Инженерный гений Архимеда с особой силой проявился во время осады Сиракуз римлянами в 212 году до н. э. в ходе Второй Пунической войны. А ведь в это время ему было уже 75 лет! Архимед создал метательные машины, способные бросать с большой скоростью камни массой около 250 кг и механизмы, бросающие с берега на суда тяжёлые брёвна. В последние годы были проведены несколько экспериментов с целью проверки правдивости описания этого «сверхоружия древности». Построенная конструкция показала свою полную работоспособность.

Так называемая «Лапа Архимеда» представляла собой уникальную подъемную машину - прообраз современного крана. Это был огромный рычаг, выступающий за городскую стену и оснащённый противовесом. (См. слайд 1) .

Знаменитый историк древности Полибий писал, что если римский корабль пытался пристать к берегу возле Сиракуз, эта машина, управляемая специально обученным человеком, захватывала нос корабля и переворачивала его. Римляне вынуждены были отказаться от мысли взять город штурмом и перешли к осаде. Полибий писал: «Такова чудесная сила одного человека, одного дарования, умело направленного на какое-либо дело… римляне могли бы быстро овладеть городом, если бы кто-либо изъял из среды сиракузян одного старца».

Оценивая роль Архимеда – механика, хочется отметить, что он произвел соответствующие расчеты и сконструировал более сложные механизмы, которые могли усиливать и преобразовывать движения. Благодаря Архимеду человечество научилось спускать на воду большие корабли, строить боевые машины.

2.3 Что такое рычаг.

И все-таки сила человека ограничена, поэтому он часто применяет устройства (или приспособления), позволяющие преобразовать силу человека в силу, существенно большую. Тяжёлый предмет (камень, шкаф, станок), который невозможно передвинуть непосредственно, сдвигают с места при помощи достаточно длинной и прочной палки – рычага.

Рычаг представляет собой твердое тело, способное вращаться вокруг неподвижной опоры. У рычага есть два плеча. Плечо - это расстояние от точки опоры до точки приложения силы. В качестве рычага могут быть использованы лом, доска и тому подобные предметы. Существуют закономерности: (См. слайд 1) .

1)чем длиннее плечо, тем меньше нужно силы, чтобы поднять один и тот же груз;

2) чем длиннее плечо, тем больший путь оно проходит;

3) во сколько раз больше плечо рычага, во столько раз меньше должен быть груз для поддержания равновесия.

Данные закономерности мне удалось сформулировать на языке, понятном ученикам начальной школы, т.к. мы не знакомы ещё с обратной пропорциональностью и свойствами пропорций. А наглядно убедиться в справедливости закономерностей помогла самодельная лабораторная установка – рычаг, выполненная из конструктора «Лего».

Различают два вида рычагов.

У рычага 1-го рода неподвижная точка опоры О располагается между линиями действия приложенных сил, а у рычага 2-го рода она располагается по одну сторону от них. (См. слайд 1) .

Использование рычага позволяет получить выигрыш в силе. Для расчета выигрыша в силе, получаемого с помощью рычага, следует знать правило, открытое Архимедом еще в III в. до н. э.

Итак, для того чтобы уравновесить меньшей силой большую силу, необходимо, чтобы ее плечо превышало плечо большей силы .

С тех пор как Архимед установил правило рычага, оно просуществовало в первозданном виде почти 1900 лет.

Таким образом, в большинстве случаев рычаг применяют для того, чтобы получить выигрыш в силе, т.е. увеличить силу, действующую на тело, в несколько раз.

2. 4.Разновидности рычага

Разновидностями рычага являются два простых механизма: блок и ворот. (См. слайд 1) .

Блок представляет собой устройство, имеющее форму колеса с желобом, по которому пропускают веревку, трос или цепь.

Различают два основных вида блоков - подвижный и неподвижный. (См. слайд 1) .

У неподвижного блока ось закреплена и при подъеме грузов не поднимается и не опускается, а у подвижного блока ось перемещается вместе с грузом. Неподвижный блок не дает выигрыша в силе. Его применяют для того, чтобы изменить направление действия силы. Так, например, прикладывая к веревке, перекинутой через такой блок, силу, направленную вниз, мы заставляем груз подниматься вверх.

Иначе обстоит дело с подвижным блоком. Этот блок позволяет небольшой силой уравновесить силу, в 2 раза большую.

На практике часто применяют комбинацию подвижного блока с неподвижным. Это позволяет изменить направление силового воздействия с одновременным двукратным выигрышем в силе.

Для получения большего выигрыша в силе применяют грузоподъемный механизм, называемый полиспастом . Греческое слово «полиспаст» образовано из двух корней: «поли» - много и «спао» - тяну, так что в целом получается «многотяг». (См. слайд 1) .

Полиспаст представляет собой комбинацию из двух обойм, одна из которых состоит из трех неподвижных блоков, а другая - из трех подвижных блоков. Поскольку каждый из подвижных блоков удваивает силу тяги, то в целом полиспаст дает шестикратный выигрыш в силе.

Ворот состоит из цилиндра (барабана) и прикрепленной к нему рукоятки. Этот простой механизм был изобретен в глубокой древности. Чаще всего его применяли для подъема воды из колодцев. (См. слайд 1) .

Более совершенным механизмом является лебёдка. Она представляет собой сочетание ворота с двумя зубчатыми колёсами разного диаметра. Лебедку можно рассматривать как комбинацию двух воротов. (См. слайд 1) .

Многовековая практика доказала, что ни один из механизмов не даёт выигрыша в работе. Применяют же их для того, чтобы в зависимости от условий работы выиграть в силе или пути. Уже древним учёным было известно правило : во сколько раз мы выигрываем в силе, во столько же раз проигрываем в расстоянии. Это правило назвали «золотым правилом» механики. Его автором является древнегреческий учёный Герон Александрийский, живший в I веке н.э. (См. слайд 1) .

III . Практическая часть.

Изучив теоретический материал об истории рычага, о его первооткрывателе, о принципе действия и разновидностях я решил провести исследования.

3.1. Рычаги в технике и в быту.

В нашем современном мире рычаги находят широкое применение как в природе, так и в рукотворном мире, созданном человеком. Практически любой механизм, преобразующий механическое движение, в том или ином виде использует рычаги.

Рычаги встречаются в разных частях тела человека и животных. Это, например, конечности, челюсти. Много рычагов можно увидеть в теле насекомых и птиц.

Рычаги так же распространены и в быту, это и водопроводный кран, и дверь, и различные кухонные приборы. (См. слайд 1) .

Правило рычага лежит в основе действия рычажных весов, различного рода инструментов и устройств, применяемых там, где требуется выигрыш в силе или в расстоянии. (См. слайд 1) .

Выигрыш в силе и в расстоянии мы можем наблюдать при работе с ножницами. Ножницы - это рычаг, ось вращения которого проходит через винт, соединяющий обе половины ножниц. В зависимости от назначения ножниц их устройство бывает различным. 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. В данном случае мы имеем выигрыш в расстоянии. Ножницы для резки листового металла 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 расстоянием режущей части и оси вращения в кусачках, предназначенных для перекусывания проволоки. Очевидно, что в этих случаях имеет место выигрыш в силе. (См. слайд 1) .

Рычаги используются и в других инструментах - это рукоятки тисков и верстаков, рычаги станков, плотницкие инструменты, инструменты спасателей и т. д. (См. слайд 1) .

Конечно же, рычаги различного вида распространены в технике. Самые простые примеры их применения – это рычаг переключения коробки передач в автомобиле , педали автомобиля или трактора, ручной тормоз велосипеда. (См. слайд 1) .

Даже ручка швейной машины и клавиши пианино – это тоже рычаги. (См. слайд 1) .

Все мы любим спорт! И если внимательно посмотреть, то мы увидим, что в этой области также применяются рычаги. Прыжки в высоту с шестом очень наглядный пример, п ри помощи рычага длинной около трех метров и правильного приложения усилия, спортсмен взлетает на головокружительную высоту до шести метров. Кроме этого, рычагами снабжены многие спортивные снаряды. (См. слайд 1) .

На любой строительной площадке работают экскаваторы и башенные подъемные краны - это сочетание рычагов, блоков, воротов. В зависимости от "специальности" краны имеют различные конструкции и характеристики. (См. слайд 1) .

Широкое применение рычаги нашли и в сельском хозяйстве – трактора, комбайны, сеялки и другие механизмы. (См. слайд 1) .

Итак, в большинстве случаев простые механизмы (греч. "механэ" - машина, орудие) применяют для того чтобы получить выигрыш в силе.

3.2. Лабораторная работа

Оборудование : рычаг на штативе, набор грузов, линейка.

Цель : выяснить условия равновесия рычага.

Ход работы.

1. Путем вращения гаек на концах рычага уравновесил его так, чтобы он расположился горизонтально.

2. Подвесил три груза к левому плечу рычага на расстоянии 7 см от оси вращения.

3. Путем проб установил место на правом плече рычага, к которому следует подвесить один груз, чтобы уравновесить три предыдущих. Измерил расстояние от этого места до оси вращения.

4. Считая, что каждый груз весит 1 Н, заполнил таблицу.

5. Сделал вывод о справедливости правила равновесия рычага.

(См. слайд 1) .

l2 : l1

7 см

3H

21 см

1H

10 см

2H

20 см

1H

9 см

4Н

18 см

2Н

3.3.Эксперименты в домашних условиях.

Пользуясь книгой Я.И. Перельмана «Занимательная физика» и материалами Интернет – сайтов «Класс!ная физика» и «Физика вокруг нас» провёл занимательные эксперименты с рычагами.

1. Машинки. (См. слайд 1) .

Я взял большую и маленькую игрушечные машинки. Поставил их на концы линейки, положенной серединой на круглый карандаш. Большая машинка перетянула, т.к. она тяжелее. Если сдвинуть карандаш поближе к большой машинке, то они уравновесятся. Когда я подвинул карандаш еще ближе к большой машинке, то маленькая перевесила.

2. Сколько силы в пальцах?

Я взял две круглые зубочистки. Положил одну зубочистку серединой на средний палец (ближе к ногтю), а на концы - указательный и безымянный. Попытался сломать зубочистку, надавив на нее указательным и безымянным пальцами. Передвинул зубочистку на середину пальца. Снова попытался сломать зубочистку. Когда зубочистка находилась на кончиках пальцев, сломать ее было почти невозможно (пальцы выполнили роль рычага второго рода, похожего на щипцы для колки орехов). Точка опоры находится там, где начинаются пальцы. Чем дальше от точки опоры находится зубочистка, тем больше силы нужно приложить. ?????

3. Полиспаст.

Привязал веревку к ручке лыжной палки. Поместил обе палки на расстояние 50 см друг от друга и три раза обернул их ручки веревкой. Потянул свободный конец веревки, в то время как мои помощники пытались разъединить палки. Несмотря на то, что друзья пытаются развести палки в стороны, я в одиночку могу сдвинуть их вместе. (Палки и веревка ведут себя, как полиспаст - приложенная мной сила приумножается благодаря веревке, намотанной на ручки палок, поэтому я выигрываю в силе почти в пять раз по сравнению с моими помощниками.

4. Рычаг. (См. слайд 1) .

Обыкновенная палка стала для человека рычагом - самым простым механизмом. На обычной палке очень удобно вдвоем переносить груз. Пользуясь ею, можно легко поднимать и передвигать тяжести.

Опыт 1. Я взял не очень длинную палку, просунул ее под ручку чемодана и, пригласив на помощь товарища, мы приподняли вдвоем чемодан. Если чемодан находится точно посередине, то каждый из нас нагружен одинаково. Когда мы сдвинули чемодан к одному из концов палки, всё изменилось. Более легким груз стал для того, кто держит длинный конец. Изменились плечи рычага, изменилось и соотношение сил, которые удерживают груз в поднятом положении. Руки каждого из нас являются опорой рычага, и если расстояние до груза будет меньшим, то нагрузка на эту точку опоры будет большей.

Опыт 2 . Я взял небольшую палку и около одного из ее концов сбоку вбил гвоздь. Надел на этот конец утюг (гвоздь нужен для того, чтобы утюг не соскользнул на пол) и положил рычаг на спинку стула. Держа рычаг за свободный конец, двигал его, то приближая точку опоры к грузу, то удаляя от него. Я убедился, что, чем больше расстояние от руки до точки опоры, тем легче удержать груз. Тот же результат я получил, когда передвигал руку вдоль рычага к точке опоры, оставляя неизменным расстояние от опоры до груза.

5. Вытаскиваю гвоздь.

Используя молоток, я забил гвоздь в кусок древесины на 2/3 его длины. Попытался вытащить руками гвоздь из куска дерева. У меня ничего не получилось, как я ни старался. Тогда я взял гвоздодер и легко с его помощью вытащил гвоздь. Гвоздодер в моем случае действует как рычаг, который является простым аппаратом, используемый для преодоления сопротивления во второй точке, путем применения силы.

3.4. Изготовление устройств и моделей, работающих по принципу рычага.

Применив знания, полученные при изучении рычага, изготовил с помощью папы следующие устройства и модели.

1. Лебедка своими руками. (См. слайд 1) .

От плохой дороги никто не застрахован, и если ваш автомобиль крепко увяз в грязи, спасти его поможет только лебедка. Стоит ли тратить огромную сумму денег на дорогостоящую вещь и покупать ее в магазине, когда можно сделать лебедку своими руками.

Нам потребовалось:

Ось для вращения и 2 подходящие трубки большего и меньшего диаметра;

Крепкий трос;

Ход работы:

Наша лебедка, сделанная своими руками, работает по принципу рычага. Для основы самодельной лебедки может послужить отрезок трубы. Чтобы привести в работу трубу, ее необходимо надеть на ось и закрепить тросом. Петлю троса необходимо намотать несколько раз вокруг трубы и насадить на любую ручку.

При повороте ручки труба будет вращаться по оси, а трос наматываться на нее. Такая лебедка пригодится не только, чтобы вытаскивать автомобиль из грязи, но и для перемещения различных грузов, например, на даче.

2. Полиспаст. (См. слайд 1) .

Я взял прочный капроновый шнур, 2 отдельных блока, груз. Собрал комбинацию из 1 подвижного и 1 неподвижного блока и закрепил их. Теперь я могу поднимать без труда грузы, которые без полиспаста не мог просто удержать в руке.

Проведя опыт с динамометром, я убедился, что полиспаст дает двукратный выигрыш в силе!

IV . Заключение.

В результате проведенной работы я убедился в следующем правиле – во сколько раз мы выигрываем в силе, во столько же раз проигрываем в расстоянии.

Я узнал об истории рычага, о его первооткрывателе, о принципе действия и разновидностях.

Рычаги разных видов встречаются в повседневной жизни на каждом шагу:

Тачку легче везти, если у нее длинные ручки;

Гвоздь выдернуть легче, если гвоздодер имеет большую длину;

Гайку завернуть значительно легче ключом с длинной рукояткой.

Никогда не стоит забывать о «золотом правиле» механики, который упрощенно выглядит так: выигрыш в силе - проигрыш в пути. Иной раз стоит пожертвовать более коротким путем, чтобы выиграть в силе. Работа все равно будет одна и та же, но сделать ее легче потому, что увеличению пути соответствует и увеличение времени. А за больший промежуток времени работу сделать легче - это ясно каждому.

При конструировании машин бывает и наоборот, когда жертвовать приходится силой, чтобы выиграть в пути, выиграть во времени.

В процессе работы над темой я на собственном опыте убедился, что рычаг и его разновидности действительно дают человеку выигрыш в силе или в расстоянии, или применяются для удобства. Таким образом подтвердил свою гипотезу, что не каждый силач обязательно силён. Теперь я становлюсь сильнее не только благодаря ежедневным физическим тренировкам, но и применяя новые полученные знания. Название моей работы ни в коем случае нельзя произносить с утвердительной интонацией. Наоборот, есть ум – будет и сила. Материалы моего исследования несомненно пригодятся на уроках окружающего мира в начальной школе, а может быть, и на уроках физики в 7-ом классе.

В заключение хочется вспомнить слова Ёжика из замечательной сказки Владимира Сутеева «Палочка – выручалочка»: «Палку всегда найти можно, а вот выручалочку, - а выручалочка-то вот она где!».

Литература

1. Балашов М.М. Физика. – М.: Просвещение, 1994.

2. Кац Ц.Б. Биофизика на уроках физики. – М.: Просвещение, 1988.

3. Перельман Я.И. Занимательная физика. Книга 1. – М.: Наука, 1979.

4. Физика. 7 класс/ Громов С.В., Родина Н.А. – М.: Просвещение, 2000.

5. Физика.7 класс/ Пёрышкин А.В., Родина Н.А. – М.:Дрофа, 2003.

6. Энциклопедия для детей. Т. 14 – Техника. – М.: Аваста+, 2000.

7. Я познаю мир. Детская энциклопедия – Мир прекрасного. – М.: Астрель, 2004.

Приложение

Фотоотчет

Лабораторная работа «Выяснение условий равновесия рычага»

Мои эксперименты http://vse-svoimiruchkami.ru/glavnaya/ )

Изготовление полиспаста

Городской тур межшкольной конференции

«Первые шаги в науку».

Название работы «Сила есть! Ума не надо?»

Ученик(ца) (фамилия, имя полностью) Абрамов Данила

МБОУ СОШ ________32__класс___________ 4 Б

Руководитель работы Зиберт Галина Ивановна

Тип работы (проект / реферат / исследование) исследование

Критерии оценивания работы

1) Соблюдение требований к оформлению работы. Все требования соблюдены .

2) Объем изученного материала: поиск информации в литературе и Интернете, наблюдение, описание и измерение, опытно - экспериментальная работа, моделирование.

3) Познавательная ценность, актуальность, практическая и теоретическая значимость изученного материала. В работе изучены происхождение и виды рычагов, проведены опыты с рычагом, смоделированы устройства, работающие по принципу рычага.

4) Проблема, гипотеза, цель, задачи работы. Гипотеза: скорее всего, существуют механизмы, которые помогают человеку стать сильнее. Цель: выяснить принцип работы простейших механизмов. Задачи: провести эксперименты с целью выявления свойств рычага и принципа его работы.

5) Исследовательское мастерство (аргументы, выводы; грамотность, логичность изложения материала, соблюдение научного стиля изложения) Работа составлена грамотно, соблюден научный стиль изложения, сделаны выводы по каждому опыту и по работе в целом.

Подпись рецензента (расшифровка подписи)

Уюкина Людмила Григорьевна