Формула умови рівноваги важеля у фізиці. Умова рівноваги важеля
Важелем називають тверде тіло, яке може обертатися навколо нерухомої точки. Нерухому точку називають точкою опори. Відстань від точки опори до лінії дії сили називають пліч-о- цієї сили.
Умова рівноваги важеля: Важіль знаходиться в рівновазі, якщо прикладені до важеля сили F 1і F 2 прагнуть обертати його в протилежних напрямках, причому модулі сил обернено пропорційні плечам цих сил: F 1 / F 2 = l 2 / l 1Це правило було встановлено Архімедом. За легендою він вигукнув: Дайте мені точку опори і я підніму Землю .
Для важеля виконується «Золоте правило» механіки (Якщо можна знехтувати тертям і масою важеля).
Прикладаючи до довгого важеля деяку силу, можна іншим кінцем важеля піднімати вантаж, вага якого набагато перевищує цю силу. Це означає, що, використовуючи важіль, можна отримати виграш в силі. При використанні важеля виграш в силі обов'язково супроводжується таким же програшем в дорозі.
Всі типи важелів:
Момент сили. правило моментів
Твір модуля сили на її плече називають моментом сили. M \u003d Fl , Де М - момент сили, F - сила, l - плече сили.
правило моментів: Важіль знаходиться в рівновазі, якщо сума моментів сил, що прагнуть обертати важіль в одному напрямку, дорівнює сумі моментів сил, що прагнуть обертати його в протилежному напрямку. Це правило справедливо для будь-якого твердого тіла, здатного обертатися навколо закріпленої осі.
Момент сили характеризує вращающее дію сили. Ця дія залежить як від сили, так і від її плеча. Саме тому, наприклад, бажаючи відкрити двері, намагаються докласти силу якнайдалі від осі обертання. За допомогою невеликої сили при цьому створюють значний момент, і двері відкриваються. Відкрити її, чинячи тиск близько петель, значно важче. З тієї ж причини гайку легше відвертати довшим гайковим ключем, шуруп легше вивернути за допомогою викрутки з більш широкою ручкою і т. Д.
Одиницею моменту сили в СІ є ньютон-метр (1 Н * м). Це момент сили 1 Н, що має плече 1 м.
Чи знаєте ви, що таке блок? Це така кругла штуковина з гаком, за допомогою якої на будівництвах піднімають вантажі на висоту.
Схоже на важіль? Ледве. Однак, блок теж є простим механізмом. Більш того, можна говорити про можливість застосування закону рівноваги важеля до блоку. Як це можливо? Давайте розберемося.
Додаток закону рівноваги
Блок являє собою пристрій, який складається з колеса з жолобом, за яким пропускають, трос, мотузку або ланцюг, а також прикріпленою до осі колеса обойми з гаком. Блок може бути нерухомим і рухомим. У нерухомого блоку вісь закріплена, і вона не рухається при підйомі або опусканні вантажу. Нерухомий блок допомагає змінити напрямок дії сили. Перекинувши через такий блок, підвішений вгорі, мотузку, ми можемо, піднімати вантаж вгору, самі при цьому перебуваючи внизу. Однак виграшу в силі застосування нерухомого блоку нам не дає. Ми можемо уявити блок у вигляді важеля, що обертається навколо нерухомої опори - осі блоку. Тоді радіус блоку дорівнюватиме плечах, прикладених з двох сторін сил, - сили тяги нашої мотузки з вантажем з одного боку і сили тяжіння вантажу з іншого. Плечі будуть рівні, відповідно, виграшу в силі немає.
Інша працювати з рухомим блоком. Рухомий блок переміщається разом з вантажем, він як би лежить на мотузці. В такому випадку точка опори в кожен момент часу буде перебувати в місці зіткнення блоку з мотузкою з одного боку, вплив вантажу буде докладено до центру блоку, де він і кріпиться на осі, а сила тяги буде прикладена в місці зіткнення з мотузкою з іншого боку блоку . Тобто плечем ваги тіла буде радіус блоку, а плечем сили нашої тяги - діаметр. Діаметр, як відомо, в два рази більше радіуса, відповідно, плечі розрізняються по довжині в два рази, і виграш в силі, одержаний за допомогою рухомого блоку, дорівнює двом. На практиці застосовують комбінацію нерухомого блоку з рухомим. Закріплений вгорі нерухомий блок не дає виграшу в силі, проте допомагає піднімати вантаж, стоячи внизу. А рухливий блок, переміщаючись разом з вантажем, збільшує прикладається силу вдвічі, допомагаючи піднімати великі вантажі на висоту.
Золоте правило механіки
Виникає питання: а чи дають застосовувані пристрої виграш в роботі? Робота є твір пройденого шляху на прикладену силу. Розглянемо важіль з плечима, які відрізняються в два рази по довжині плеча. Цей важіль дасть нам виграш в силі в два рази, проте, в два рази більше плече при цьому пройде в два рази більший шлях. Тобто, незважаючи на виграш в силі, досконала робота буде однакова. В цьому і полягає рівність робіт при використанні простих механізмів: у скільки разів ми маємо виграш в силі, в стільки разів, ми програємо у відстані. Це правило називається золотим правилом механіки, І воно може бути застосовано абсолютно до всіх простим механізмам. Тому прості механізми полегшують працю людини, але не зменшують здійснюються їм роботу. Вони просто допомагають переводити одні види зусиль в інші, більш зручні в конкретній ситуації.
Сьогодні на уроці ми заглянемо в світ механіки, будемо вчитися порівнювати, аналізувати. Але перш виконаємо ряд завдань, які допоможуть розкрити таємничу двері ширше і показати всю красу такої науки, як механіка.
Завантажити:
Попередній перегляд:
Муніципальне бюджетне загальноосвітній заклад
Міхейковская середня школа
Ярцевского району Смоленської області
Урок по темі
«Прості механізми.
Застосування закону рівноваги
важеля до блоку »
7 клас
Склав і провів
учитель фізики вищої категорії
Лавнюженков Сергій Павлович
2017р.
Мета уроку (Плановані результати навчання):
особистісні:
- формування умінь управляти своєю навчальною діяльністю;
Формування інтересу до фізики при аналізі фізичних явищ;
Формування мотивації постановкою пізнавальних завдань;
Формування вміння вести діалог на основі рівноправних відносин і взаємної поваги;
Розвиток самостійності в придбанні нових знань і практичних умінь;
Розвиток уваги, пам'яті, логічного і творчого мислення;
Усвідомлення учнями своїх знань;
метапредметние:
Розвиток вміння генерувати ідеї;
Розвивати уміння визначати цілі і завдання діяльності;
Проводити експериментальне дослідження за запропонованим планом;
На підставі результатів експерименту формулювати висновок;
Розвивати комунікативні навички при організації роботи;
Самостійно оцінювати і аналізувати власну діяльність з позиції отриманих результатів;
Використовувати різні джерела для отримання інформації.
Предметні:
Формування уявлення про простих механізмах;
Формування вміння розпізнавати важелі, блоки, похилі площини, коміри, клини;
Чи дають прості механізми виграш в силі;
Формування вміння планувати і проводити експеримент, на підставі результатів експерименту формулювати висновок.
Хід уроку
№ п. П | діяльність учителя | діяльність учня | Примітки |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
організаційний етап | Підготовка до уроку | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Етап повторення і перевірки засвоєння пройденого матеріалу | Робота з картинками, робота в парах - усна розповідь | За планом, взаимопроверка знань |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Етап актуалізації знань, визначення мети | Введення поняття «прості механізми», по | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Організаційно-діяльнісний етап: допомога і контроль над роботою учнів | Робота з підручником, складання схеми | самооцінка |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Физминутку | Фізичні вправи | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Організаційно-діяльнісний етап: практична робота, актуалізація і цілепокладання | збір установки Введення поняття «важіль», постановка цілей Введення поняття «плече сили» Експериментальне підтвердження правила рівноваги важеля | самооцінка |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Етап практичного закріплення отриманих знань: рішення задач | вирішують завдання | взаимопроверка |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Етап закріплення пройденого матеріалу | Відповідають на питання | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| учитель: Сьогодні на уроці ми заглянемо в світ механіки, будемо вчитися порівнювати, аналізувати. Але перш виконаємо ряд завдань, які допоможуть розкрити таємничу двері ширше і показати всю красу такої науки, як механіка. На екрані кілька картинок: Єгиптяни будують піраміду (важіль); Людина піднімає (за допомогою ворота) з колодязя воду; Люди котять бочку на корабель (похила площина); Людина піднімає вантаж (блок). учитель: Що виконують ці люди? (Механічну роботу) Складіть за планом розповідь: 1. Які умови необхідні для здійснення механічної роботи? 2. Механічна робота - це ................ 3. Умовне позначення механічної роботи 4. Формула роботи ... 5. Що прийнято за одиницю вимірювання роботи? 6. Як і в честь якого вченого вона названа? 7. У яких випадках робота позитивна, негативна або дорівнює нулю? учитель: А тепер подивимося на ці картинки ще раз і звернемо увагу, як ці люди виконують роботу? (Люди використовують довгу палицю, воріт, пристрій похилій площині, блок) учитель: Як можна назвати одним словом дані пристосування? учні: прості механізми учитель: Правильно! Прості механізми. Як ви думаєте на яку тему на уроці ми будемо з Вами сьогодні говорити? учні: Про простих механізмах. учитель: Правильно. Темою нашого уроку будуть прості механізми (запис теми уроку в зошити, слайд з темою уроку) Поставимо перед собою мети уроку: Разом з дітьми: Вивчити, що таке прості механізми; Розглянути, види простих механізмів; Умова рівноваги важеля. учитель: Хлопці, а як ви думаєте для чого застосовують прості механізми? учні: Їх використовують для зменшення сили, яку ми докладаємо, тобто для її перетворення. учитель: Прості механізми є і в побуті, і у всіх складних заводських машинах і т.д. Хлопці, в яких побутових приладах і пристроях є прості механізми. Учні: У еси важільні, ножиці, м'ясорубка, ніж, сокира, пила, і т.д. учитель: Який простий механізм є у підйомного крана. учні: Важіль (стріла), блоки. учитель: Сьогодні ми більш докладніше зупинимося на одному з видів простих механізмів. Він знаходиться на столі. Що це за механізм? Учні: Це важіль. Підвісимо важки на одне з плечей важеля і, використовуючи інші важки, врівноважити важіль. Подивимося, що вийшло. Ми бачимо, що плечі у важків відрізняються один від одного. Давайте Качний одне з плечей важеля. Що ми бачимо? учні: Погойдатися, важіль повертається в положення рівноваги. учитель: Що називається важелем? учні: Важіль - це тверде тіло, яке може обертатися навколо нерухомої осі. учитель: Коли важіль перебуває в рівновазі? учні: 1 варіант: однакову кількість вантажів на однаковій відстані від осі обертання; 2 варіант: більше вантаж - менше відстань від осі обертання. учитель: Як називається така залежність в математиці? учні: Обернено пропорційна. учитель: З якою силою вантажі діють на важіль? учні: Вагою тіла внаслідок притягання Землі. P \u003d Fтяж \u003d F учитель: Це правило встановив Архімед в III столітті до нашої ери. завдання: За допомогою лома робочий піднімає ящик масою 120кг. Яку силу він прикладає до більшого плеча важеля, якщо довжина цього плеча 1,2 м, а меншого плеса 0,3 м. Якою буде виграш в силі? (Відповідь: Виграш в силі дорівнює 4) Розв'язання задач (Самостійно з подальшою взаємоперевіркою). 1. Перша сила дорівнює 10 Н, а плече цієї сили 100 см. Чому дорівнює друга сила, якщо її плече дорівнює 10 см? (Відповідь: 100 Н) 2. Робочий за допомогою важеля піднімає вантаж вагою 1000 Н, при цьому він докладає силу 500 Н. Яке плече більшої сили, якщо плече меншої сили 100 см? (Відповідь: 50 см) Підведення підсумків. Які механізми називаються простими? Які види простих механізмів ви знаєте? Що таке важіль? Що таке плече сили? Яке правило рівноваги важеля? Яке значення мають прості механізми в життя людини? 2. Перерахуйте прості механізми, які виявите будинку і ті, які людина використовує в повсякденному житті, записавши їх в таблицю:
3. Додатково. Підготувати повідомлення про одне просте механізмі, що застосовується в побуті, техніці. Рефлексія. Закінчи пропозиції: тепер я знаю, ………………………………………………………….. я зрозумів, що……………………………………………………………… я вмію……………………………………………………………………. я можу знайти (порівняти, проаналізувати і т.п.) ......................... я самостійно правильно виконав .................................... ... я застосував вивчений матеріал в конкретній життєвій ситуації ............. мені сподобався (не сподобався) урок ....................................... розділи: фізика Тип уроку:урок засвоєння нового матеріалу Мета уроку:
Основні поняття:
устаткування:комп'ютер, презентація, роздатковий матеріал (робочі карти), важіль на штативі, набір вантажів, лабораторний набір по темі «Механіка, прості механізми». ХІД УРОКУ I. Організаційний етап 1. Привітання. II. Етап перевірки домашнього завдання 1. Виявлення факту виконання домашнього завдання всім класом. III. Етап підготовки учнів до активного і свідомого засвоєння нового матеріалу «Я Землю б міг повернути важелем, лише дайте мені точку опори» Архімед Відгадайте загадки: 1. Два кільця, два кінця, а посередині гвоздик. ( Ножиці) 2. Дві сестри гойдалися - правди домагалися, а коли домоглися, то зупинилися. ( ваги) 3. Кланяється, кланяється - прийде додому - розтягнеться. ( сокира) 4. Що за диво-велетень? - Подивіться ще раз уважно на відгадки і назвіть їх одним словом. «Знаряддя, машина» в перекладі з грецького означає «механізми». механізм - від грецького слова «???? v?» - знаряддя, спорудження. - Виявляється звичайна палиця - це найпростіший механізм. Хто знає, як він називається? IV. Етап засвоєння нових знань «Я Землю б міг повернути важелем, лише дайте мені точку опори» - ці слова, які є епіграфом нашого уроку, Архімед сказав більше 2000 років тому. А люди до сих пір їх пам'ятають і передають з вуст в уста. Чому? Чи правий був Архімед? - Важелі почали застосовуватися людьми в далекій давнині. - Давайте познайомимося з простими механізмами. Клас поділений на шість експериментальних груп:
Робота проводиться по опису, запропонованому кожній групі в робочій карті. ( Додаток 1 ) За відповідями учнів складаємо схему. ( Додаток 2 ) - З якими механізмами ви познайомилися ... важіль - тверде тіло, здатне обертатися навколо нерухомої опори. На практиці роль важеля можуть грати палиця, дошка, лом і т.п. Хлопці, пропоную вам в ході міні-експерименту вивести умову рівноваги важеля. експеримент На столах стоять лабораторні важелі. Давайте разом з вами з'ясуємо, коли важіль буде перебувати в рівновазі.
- Які висновки можна зробити:
- Давайте сформулюємо правило рівноваги важеля: Важіль знаходиться в рівновазі тоді, коли сили, що діють на нього, обернено пропорційні плечам цих сил. - А зараз спробуйте записати це правило математично, т. Е. Формулу:
Правило рівноваги важеля було встановлено Архімедом. релаксація: Закрийте очі і прикрийте їх долонями. Уявіть аркуш білого паперу і спробуйте подумки написати на ньому своє ім'я, прізвище. В кінці запису поставте крапку. Тепер забудьте про літери і згадуйте тільки точку. Вона повинна здаватися вам рухається з боку в бік повільними і легкими погойдуваннями. Ви розслабилися ... приберіть долоні, відкрийте очі, ми з вами повертаємося в реальний світ повні сил і енергії. V. Етап закріплення нових знань 1. Продовжіть фразу ...
2. Заповнити таблицю (самостійно): Знайдіть в пристроях прості механізми
взаємоконтроль Перенесіть оцінку після взаємоконтролю в карту самооцінки. Чи правий був Архімед? Архімед був упевнений, що не існує такого важкого вантажу, який б не підняти людині - треба тільки скористатися важелем. VI. Етап інформації учням про домашнє завдання, інструктаж по його виконанню 1. Підбиття підсумків: що нового дізналися на уроці, як працював клас, хто з учнів працював особливо старанно (оцінки). 2. Домашнє завдання Всім: § 55-56 - Заняття закінчено! До побачення, всього Вам доброго! Ще до Нашої Ери люди почали застосовувати важелі в будівельній справі. Наприклад, на малюнку ви бачите використання важеля при будівництві пірамід в Єгипті. Важелем називають тверде тіло, яке може обертатися навколо деякої осі. Важіль - це необов'язково довгий і тонкий предмет. Наприклад, колесо - теж важіль, так як це тверде тіло, що обертається навколо осі. Введемо ще два визначення. Лінією дії сили назвемо пряму, що проходить через вектор сили. Найкоротша відстань від осі важеля до лінії дії сили назвемо плечем сили. З курсу геометрії ви знаєте, що найкоротша відстань від точки до прямої - це відстань по перпендикуляру до цієї прямої.
Проілюструємо ці визначення прикладом. На малюнку зліва важелем є педаль. Ось її обертання проходить через точку О. До педалі прикладено дві сили: F1 - сила, з якою нога тисне на педаль і F2 - сила пружності натягнутого троса, прикріпленого до педалі. Провівши через вектор F1 лінію дії сили (зображена блакитним кольором), і, опустивши на неї перпендикуляр з т. О, ми отримаємо відрізок ОА - плече сили F1. З силою F2 справа ще простіша: лінію її дії можна не проводити, тому що вектор цієї сили розташований більш вдало. Опустивши з т. Про перпендикуляр на лінію дії сили F2, отримаємо відрізок ОВ - плече цієї сили.
За допомогою важеля можна маленької силою зрівноважити велику силу. Розглянемо, наприклад, підйом відра з колодязя. Важелем є криничний воріт - колода з прикріпленою до нього зігнутою ручкою. Вісь обертання ворота проходить крізь колоду. Меншою силою служить сила руки людини, а більшою силою - сила, з якою відро і звисає частина ланцюга тягне вниз. На кресленні зліва показана схема ворота. Ви бачите, що пліч-о-більшої сили є відрізок OB, а плечем меншої сили - відрізок OA. Ясно видно, що OA\u003e OB. Іншими словами, плече меншої сили більше плеча більшої сили. Така закономірність справедлива не тільки для ворота, але і для будь-якого іншого важеля. У більш загальному вигляді вона звучить так: При рівновазі важеля плече меншої сили в стільки разів більше плеча більшої сили, у скільки разів більша сила більше меншою. Проілюструємо це правило за допомогою шкільного важеля з грузиками. Погляньте на малюнок. У першого важеля плече лівої сили в 2 рази більше плеча правої сили, отже, і права сила в два рази більше лівої сили. У другого важеля плече правої сили в 1.5 рази більше плеча лівої сили, тобто в стільки ж разів, у скільки ліва сила більше правої сили. Отже, при рівновазі на важелі двох сил бо'льшая з них завжди має менше плече і навпаки.  (Поки оцінок немає)  Завантаження ...Поділитися з друзями:
|
