Что называют простыми механизмами физика 7 класс
§ 57. Простые механизмы
С незапамятных времён человек использует для совершения механической работы различные приспособления.
Каждому известно, что тяжёлый предмет (камень, шкаф, станок), который невозможно передвинуть непосредственно, сдвигают с места при помощи достаточно длинной палки — рычага (рис. 164).
С помощью рычагов три тысячи лет назад при строительстве пирамид в Древнем Египте передвигали и поднимали на большую высоту тяжёлые каменные плиты (рис. 165).
Во многих случаях, вместо того чтобы поднимать тяжёлый груз на некоторую высоту, его вкатывают или втаскивают на ту же высоту по наклонной плоскости (рис. 166, а) или поднимают с помощью блоков (рис. 166, б).
Приспособления, служащие для преобразования силы, называют механизмами.
К простым механизмам относятся: рычаг и его разновидности — блок, ворот; наклонная плоскость и её 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 делают ткани. Эти же механизмы можно обнаружить и в современных сложных автоматах, печатных и счётных машинах.
Вопросы
1. Что называют простыми механизмами?
2. Для какой цели применяют простые механизмы?
3. Какой простой механизм применяли в Египте при строительстве пирамид?
Простые механизмы: что это такое, виды простых механизмов
Содержание:
Простые механизмы – это механические агрегаты, применяемые для направления силы либо её величины. Их называют дающими выигрыш в силе устройствами. Рассмотрим распространённые виды простых механизмов. Кратко коснёмся принципов их функционирования, приносимой пользы, целей применения.
Определение и разновидности
Из уроков истории известны факты применения приспособлений для метания снарядов, перемещения строительных материалов, передачи механической энергии. Они вызывали движения, преодолевающие большие силы, особенно противодействующие им в начале процесса, например, сдвигание тяжелого камня с места. Из предыдущих уроков вы знаете, что такое механическая работа. Она вычисляется как произведение приложенной к телу силы на преодолённое под её действием расстояние: A = F*s.
Природа создана так, что в замкнутой системе получить выигрыш в работе нельзя. Во сколько раз меньшую силу приложите, во столько проиграете в расстоянии – тело придётся перемещать дальше и наоборот. Простые механизмы применяют для того, чтобы развивать силы, равные по модулю и противоположные по значению противодействующим движению силам.
При расчётах величиной сил трения могут пренебрегать.
Простые механизмы в физике
Рычаг, как любой простой механизм, – преобразователь сил.
Блок – равноплечий рычаг. Представлен вращающимся колесом с желобком для верёвки по всей длине окружности. Неподвижный блок не даёт выигрыша в силе, а направляет её. Ось подвижного блока располагается в обоймах, двигается с ними, поэтому позволяет управлять силой. Для получения выигрыша также применяются сдвоенные блоки разного диаметра, насаженные на одну ось.
Ворот – модифицированный двойной блок, ранее применяемый для перетаскивания и подъёма грузов на небольшие расстояния либо высоты. В вороток вставляются длинные спицы, играющие роль большего блока, с радиусом большим, чем у меньшего блока.
В технике также применяют:
Распространены простые механизмы, такие как винт и клин. Пример клина – лезвие колуна. По тыльной стороне инструмента наносятся удары, например, кувалдой, и устройство погружается в древесину, раскалывая её. Чем меньше угол заточки лезвия, тем проще оно входит в дерево.
Клин применяется и для подъёма грузов. Особенность обоих видов клина – значительная сила трения, действующая между телом и боковыми гранями приспособления.
Винт работает по принципу клина, где вместо ударов совершается вращение крупного болта с малым шагом резьбы. Применяется в прессах, колунах, домкратах, при завинчивании крепежей (саморезов).
Примеры простых механизмов в повседневной жизни:
Какие простые механизмы вы знаете и используете в быту кроме названных? К какой категории отнести дверь в автомобиле, тиски, лебёдку?
Простые механизмы
С древних времён для облегчения своего труда человек использует различные механизмы – приспособления, преобразующие движение и силы (греч. «механэ» – машина, орудие). Все они устроены по-разному, но в них обязательно имеются так называемые простые механизмы – рычаг и (или) наклонная плоскость.
 |
Изучению рычага и его разновидностей будет посвящён следующий параграф, а сейчас рассмотрим простой механизм под названием наклонная плоскость и две её разновидности – винт и клин. Все они часто используются в технике.
Взгляните на рисунок. Пираты грузят бочки на корабль. Их можно поднять на верёвках, но для этого требуется большая сила. Вкатывая бочки по наклонному трапу, пираты прикладывают меньшую силу. Однако заметим, что выигрыш в силе не возникает «даром» – пиратам приходится вкатывать бочки по более длинному пути. Заметим также, что происходит изменение направления действия силы. Противодействуя весу бочки, они прикладывали бы силу, направленную вверх, а при ее вкатывании они прикладывают силу вправо вверх.
Если наклонную плоскость «обмотать» вокруг цилиндра, мы получим другой механизм – винт. Обратимся к рисунку.
 |
При помощи ножниц вырежем картонный треугольник (рис. «а»). Расположим его рядом с цилиндром (рис. «б»). Наклонной плоскостью служит ребро картона. Обернув треугольник вокруг цилиндра, мы получим винтовую наклонную плоскость (рис. «в»). Она служит для изменения направления и числового значения силы – как правило, получения выигрыша в силе. Поэтому для сильного стягивания деталей применяют винты и гайки. В них, соответственно, имеются внешняя и внутренняя резьбы, представляющие собой винтовые наклонные плоскости.
Винтовая наклонная плоскость используется также в домашних условиях, например, в штопоре и кухонном комбайне. Поворачивая рукоятку штопора по часовой стрелке, мы вызываем движение винта штопора вниз. При этом происходит преобразование движения: вращательное движение штопора приводит к его продвижению внутрь пробки. Аналогичное преобразование движения происходит и внутри кухонного комбайна – вращательное движение винта внутри него приводит к перемещению измельчаемых продуктов из комбайна в стоящую рядом посуду.
Рассмотрим теперь механизм клин, это вторая разновидность наклонной плоскости. Обратимся к рисунку.
 |
Молот действует на клин сверху вниз. Однако клин раздвигает части полена влево и вправо. То есть клин изменяет направление действия силы. Кроме того, сила, с которой он раздвигает половинки полена, больше силы, с которой молот воздействует на клин (для этого его и применяют). То есть, клин изменяет числовое значение приложенной силы.
Клинья применяют в самых разнообразных случаях, но все они объединены общей целью: получить выигрыш в силе, то есть при помощи меньшей силы создать большую.
В следующем параграфе мы изучим второй простой механизм – рычаг. Он также имеет две разновидности – блок и ворот.
Презентация по физике на тему «Простые механизмы» (7 класс)
Онлайн-конференция
«Современная профориентация педагогов
и родителей, перспективы рынка труда
и особенности личности подростка»
Свидетельство и скидка на обучение каждому участнику
Описание презентации по отдельным слайдам:
Простейшие механизмы Простыми механизмами называют приспособления, служащие для преобразования силы. Основные простейшие механизмы – это РЫЧАГ, БЛОК, ВОРОТ, НАКЛОННАЯ ПЛОСКОСТЬ, КЛИН, ВИНТ.
РЫЧАГИ РЫЧАГ – это твёрдое тело, которое может вращаться вокруг неподвижной точки опоры
Типы рычагов Рычаг 1 рода (ножницы) Рычаг 2 рода (тачка) Рычаг 3 рода ( пинцет)
БЛОКИ БЛОК представляет собой колесо с жёлобом, закреплённое на оси и вращающееся вокруг неё. По жёлобу пропускают верёвку, трос или цепь. Блоки бывают подвижные и неподвижные. Используют блоки для поднятия тяжестей.
НАКЛОННАЯ ПЛОСКОСТЬ Наклонная плоскость – это плоская поверхность, расположенная под углом к поверхности земли. Используется для перемещения тяжёлых предметов.
Клин одна из разновидностей простого механизма под названием «наклонная плоскость». Ее применяют, чтобы получить выигрыш в силе, то есть при помощи меньшей силы противодействовать большей силе
Винт является второй разновидностью наклонной плоскости. Поворачивая рукоятку штопора по часовой стрелке, мы вызываем продвижение винта штопора вниз. Другими словами, происходит преобразование движения: вращательное движение штопора приводит к его поступательному движению.
ВОРОТ ВОРОТ – это цилиндр, вращающийся вокруг своей оси. При вращении ворота на него наматывается верёвка, прикреплённая к нему одним концом, а на другом конце верёвки может быть груз.
СТРОИТЕЛЬСТВО ЕГИПЕТСКИХ ПИРАМИД Чтобы построить пирамиду требовалось 2 млн. 300 тыс. каменных блоков, каждый весом 2 тонны. На строительстве были заняты до 100 тыс. человек. Строительство одной пирамиды могло длиться 20 лет.
КАМЕННЫЕ ИДОЛЫ На острове пасхи и в других местах Океании местные жители создавали каменные статуи, называемые ИДОЛАМИ. Всего на острове находится 460 статуй.
БАЛЛИСТА Использовалась для метания ядер.
Применение простых механизмов Первый подъёмный кран со ступенчатыми колёсами Первый лифт работал с помощью блоков.
Простые механизмы в нашей жизни
РЫЧАГИ В ЖИВОТНОМ МИРЕ Почему у крота короткие мощные лапы? Почему у оленя длинные ноги? Почему есть выражение «бульдожья хватка»? Рога, когти, зубы, хвосты, иглы млекопитающих представляют собой простые механизмы.
Короткие и толстые ноги и крепкие когти хорошо приспособлены к рытью Длинные ноги помогают быстро бегать ЕХИДНА ОЛЕНЬ
ГОНЧАЯ БУЛЬДОГ Длинные челюсти борзой позволяют быстро схватывать добычу на бегу Короткие челюсти бульдога смыкаются медленно, но сильно держат
Курс повышения квалификации
Дистанционное обучение как современный формат преподавания
Курс профессиональной переподготовки
Физика: теория и методика преподавания в образовательной организации
Курс повышения квалификации
Современные педтехнологии в деятельности учителя
Ищем педагогов в команду «Инфоурок»
Номер материала: ДВ-083139
Не нашли то что искали?
Вам будут интересны эти курсы:
Оставьте свой комментарий
Авторизуйтесь, чтобы задавать вопросы.
Педагогам Северной Осетии в 2022 году будут выплачивать надбавки за стаж
Время чтения: 2 минуты
Псковских школьников отправили на дистанционку до 10 декабря
Время чтения: 1 минута
Учителям предлагают 1,5 миллиона рублей за переезд в Златоуст
Время чтения: 1 минута
Путин поручил не считать выплаты за классное руководство в средней зарплате
Время чтения: 1 минута
Время чтения: 2 минуты
Минпросвещения намерено расширить программу ускоренного обучения рабочим профессиям
Время чтения: 2 минуты
Подарочные сертификаты
Ответственность за разрешение любых спорных моментов, касающихся самих материалов и их содержания, берут на себя пользователи, разместившие материал на сайте. Однако администрация сайта готова оказать всяческую поддержку в решении любых вопросов, связанных с работой и содержанием сайта. Если Вы заметили, что на данном сайте незаконно используются материалы, сообщите об этом администрации сайта через форму обратной связи.
Все материалы, размещенные на сайте, созданы авторами сайта либо размещены пользователями сайта и представлены на сайте исключительно для ознакомления. Авторские права на материалы принадлежат их законным авторам. Частичное или полное копирование материалов сайта без письменного разрешения администрации сайта запрещено! Мнение администрации может не совпадать с точкой зрения авторов.
Простые механизмы
Содержание
Трехтысячный год до нашей эры. Действо разворачивается на территории современного графства Уилтшир в Англии на живописных солсберийских равнинах.
Шумная ватага людей решительно тащит громадный тридцатитонный кремнистый песчаник, распространенную горную породу местности, в то время, как в арьергарде камне-человеко-колонны кипит основная работа: туда-сюда то и дело снуют крепкие ребята с бревнами, оперативно перекатывая и подкладывая спереди округлые деревяшки, выкатившиеся из-под камня сзади.
Короче говоря, транспортировочная суета.
Вот так, в нескольких словах можно описать процесс самой загадочной и мистической стройки человечества — процесс сооружения мегалитического Стоунхенджа.
Никому доподлинно неизвестно, кто возвел это чудо света — кельтские ли жрецы, может, древние бритты, предки современных французов, свидетели Мерлиновой бороды или инопланетяне.
Неизвестно и то, какую цель преследовали возводившие: археологи, историки и ученые всего мира до сих пор бьются над разгадками тайн постройки этого сооружения каменного века, неофициально именуемого восьмым чудом света.
Однако одно все же известно.
Наши предки, еще задолго до изобретения колеса, кое-что таки смыслили в физике. Иначе как бы им удавалось в двадцать-тридцать рук перемещать на огромные расстояния объекты массой более тридцати тонн?
Для справки. Тридцать тонн для человека — невероятная масса. К примеру, профессиональные пауэрлифтеры способны поднимать штанги порядка трехсот-четырехсот килограмм за подход. А это значит, что нам пришлось бы отправить в прошлое примерно 85 натренированных спортсменов экстра-класса, чтобы обычной тягой сдвинуть с места неолитический валун. Да, наших предков из каменного века недооценивать не стоит. Особенно их смекалку.
Что такое механизм?
История стара как мир: при меньшем получить больше.
Таков закон нашего существования в природе. Ресурсы человека ограничены, условия жизни — быстротечны и непредсказуемы, потребности — велики. А чтобы процветать и выживать, не нарушая пропорции данных трех переменных, необходимо умение не только подстраиваться, но и использовать с умом то, что дано. В конце концов, умение облегчить себе труд и превысить мышечные возможности — это то, что выделяет нас на фоне других представителей царства животных.
Именно поэтому технологические решения всегда развивались параллельно с человеком. Мы всегда были, есть и будем в поиске. В поиске того, что могло бы помочь нам выгадывать больше, вкладываясь меньше. И практически все, что мы придумывали во имя этой цели на протяжении тысячелетий, так или иначе можно отнести к понятию механизма.
Рисунок 2. Лопата? Лопата! Вообще-то является механизмом рычагового типа.
Механизм — это устройство, повышающее производительность труда и облегчающее его выполнение. Задача его проста — преобразовывать энергию и передавать движение: к механизму прикладывается сила, которую он в свою очередь «перерабатывает» и передает телу, совершая работу. Обычно наименьший неделимый элемент механизма называется простым или простейшим.
Ему можно дать следующее краткое определение:
Простой механизм — устройство, служащее для преобразования силы.
Механизмы помогают нам везде. Начать с того, что в скелете человека все кости, имеющие свободный ход, являются «простыми механизмами» — рычагами. Продолжить можно чем угодно, хоть содержимым кухонного шкафчика: ножи, топорики для рубки мяса, открывашки, штопоры, ножницы и прочее — все это имеет отношение к простым механизмам. Двери, окна, тележки в супермаркетах, качели, пандусы, пинцеты, ручки смесителя в ванной, колодца, велосипеды, внутренности ремонтного ящика, от гвоздодера до кусачек… продолжать можно долго. Простые механизмы — основа нашей жизни.
Основы простых механизмов
По математике формул очевидно, что с увеличением расстояния перемещения, сила, необходимая для совершения того же объема работы, уменьшается.
К тому же, так как сила — вектор, с помощью механизма мы можем изменять не только ее величину, но и направление.
Рисунок 3. Упрощенный расчет длин траекторий лестницы на примере прямоугольного треугольника.
Принцип: пройти два лишних метра, затратив при этом меньше мышечных сил.
Флаг тридцать тонн не весит, но с помощью механизма мы задали силе противоположное направление и немного выиграли — лезть никуда не придется.
Принцип механического выигрыша
«Немного выиграли» — вся суть механизмов. Благодаря простым механическим устройствам мы меняем направление силы, расстояние ее применения, непосредственно значение силы и все ради того, чтобы получить выигрыш в силе.
Определить выигрыш с точки зрения физики можно так:
Механический выигрыш — величина увеличения силы, получаемая в результате работы простого механизма.
Величина работы никогда не меняется — меняется либо сила, либо расстояние. Выигрыш рассчитывается отношением двух сил:
Виды простых механизмов
Простые механизмы по своей конструкции делятся на два типа: рычаг и наклонная плоскость.
У рычага встречается две разновидности — блок и ворот. Наклонная плоскость так же встречается с двумя разновидностями — винтом и клином.
Ну, чисто технически вы будете правы, если скажете, что мир устроен и построен на шести простых механизмах.
Рычаг
Рычаг. Представляет собой перекладину, которая вращается вокруг неподвижной точки опоры. Рычаг помогает поднимать тяжелые предметы, уравновешивать их. Пример простого рычага — качели-балансиры.
Блок. Разновидность рычага. В простом понимании представляет собой веревку, намотанную на колесо.
Облегчает работу тем, что меняет направление силы. К тому же, тянут веревку обычно вниз, поднимая тем самым груз наверх. А это значит что? Правильно: нам еще и помогает сила тяжести.
Ворот
Ворот. Тоже разновидность рычага. Механизм принципа «ось-колесо». Ось — цилиндр, который фиксирует колесо на месте, а колесо на этой оси вращается.
Входная сила прикладывается к оси, давая выходную силу в виде вращательного движения колеса. Вспомните велосипед: чем активнее вы нажимаете на педаль, тем быстрее двигаетесь.
Наклонная плоскость
Наклонная плоскость. Ранее упомянутый нами в примере лестничный проем — яркий пример того, как выглядит механизм по типу наклонной плоскости.
Это поверхность, у которой один край расположен выше другого. Кстати, именно в наклонных плоскостях кроется секрет постройки древних пирамид Египта.
Винт. Если взять наклонную плоскость, обернуть ее вокруг цилиндра, то мы получим винт — механизм, который используется для того, чтобы что-то опускать, поднимать или обычно просто дабы удерживать два тела вместе.
Типичная крышка от банки или бутылки — показательный пример винта. А вот вкрутить даже маленький винтик — задача времязатратная, поскольку винтовые механизмы значительно увеличивают расстояние применения силы. Чтобы сравнить, можно взять два винта и кусок поролона: один винт в него вдавить, другой вкрутить. А теперь попробуйте вдавить винт в стену…
Клин. Если представить две наклонные плоскости, сходящиеся в одной точке, выйдет то, что называется клином.
Он помогает удерживать предметы на месте, но, что важнее, раскалывать тела или отделять от них части.
Это интересно: почему говорят «клин клином вышибают»?
Этимология фразеологизма тесно связана с тем, как в старину раскалывали массивные бревна.
Одним клином с такой задачей было не справиться: забитый до упора, он лишь частично раскалывал бревно.
Ни клин не достать обратно, ни дров не нарубить. Поэтому рядом с забитым клином вбивали рядом другой — так, чтобы второй заходил глубже и вышибал первый. И так далее, и тому подобное, до тех пор, пока деревянный брусок не расколется напополам.
Вот и выходит, что клин клином вышибают в прямом смысле — один клин вышибают вторым. И откуда только взялась распространенная речевая ошибка «клин клином вышибает»?
Итоги
Так что же, простые механизмы насколько эффективны, что знаменитая архимедова «угроза» про переворот Земли — правда?
Немного математической магии рычагов, о которой вы узнаете совсем скоро, и… выходит один миллион триллионов километров, он же квинтиллион.
Подсказка: возраст Земли — четыре с половиной миллиарда лет. Так вот, пока Архимед будет двигать свой рычаг, Земля успеет пережить более 6000 циклов идущих друг за другом Больших взрывов и апокалипсисов.
Да и дали бы мы Архимеду точку опоры, пусть так. Вопрос в другом: как сконструировать рычаг такой неимоверной длины в земных условиях?
А как же его после переместить в космическое пространство?