Что называют простыми механизмами
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?
Обобщающий урок по теме «Простые механизмы. Назначение и виды»
Разделы: Физика
I. Повторение
1. Что такое сила? (Сила – мера взаимодействия тел, причина изменения скорости тела или его деформации.)
2. Назовите какие вы знаете силы и дайте их определения? (Сила всемирного тяготения – сила, с которой притягиваются все тела во Вселенной.
Сила тяжести – сила, с которой Земля притягивает к себе тело.
Сила упругости – сила, возникающая в теле в результате его деформации и стремящаяся вернуть тело в исходное положение.
Вес тела – это сила, с которой тело вследствие притяжения к Земле действует на опору или подвес.
Сила трения – сила, возникающая при движении одного тела по поверхности другого, приложенная к движущемуся телу и направленная против движения. Бывают сила трения покоя, скольжения и качения.
Сила Архимеда – сила, выталкивающая тело из газа или жидкости и равна весу газа или жидкости в объеме этого тела.)
3. Как называется прибор для измерения силы. (Динамометр)
4. Что называется простыми механизмами? (Приборы, служащие для преобразования силы.)
5. Какие вы знаете простые механизмы. (Блок, ворот, рычаг, клин, наклонная плоскость винт.)
II. Работа в группах: проверка домашнего задания, которое давалось заранее.
1 группа «Ворот и клин и их применение».
По рисунку, на котором нарисована демонстрационная модель ворота и клина – дать определение этому устройству, и для чего оно может применяться.
Задание группе: напишите краткий рассказ на тему» Ворот и его применение. Клин и его применение» В рассказе должны быть отражены следующие вопросы:
1) Что такое ворот.
2) Что такое клин. (Клин – как самостоятельный механизм для раскалывания дерева, для заклинивания всевозможных рукояток, для подъема тяжестей, для спрессования в клиновых прессах. Клин – как часть колющих, режущих, рубящих, раскалывающих и роющих инструментов и орудий (игла, шило, гвоздь, стамеска, долото, ножницы, кусачки, топор, лопата, серп), а также рабочие органы машины для обработки почвы, для освоения новых земель и мелиорации (плуги, бороны, культиваторы, бульдозеры и т.д.)
3) Иллюстрированный рассказ или плакат принести в класс.
2 группа «Винт и его применение»
Принести в класс различные винты. Его можно сделать схематично: вырезать из бумаги узкий прямоугольный треугольник и прочертить вдоль его гипотенузы ярку цветную линию. Взять карандаш, навернуть на него этот треугольник (цветной линией наружу) и получите модель винта. Где применяется и для чего?
1. Дайте определение рычага.
2. Что называется плечом силы.
3. Сделайте простой рычаг – возьмите плоскую линейку и положите ее на опору (брусочек), так чтобы она была в равновесии. Вы получили равноплечий рычаг. Положите на один конец рычага монету в 1 рубль, а на другой конец – в 5 рублей. Равновесие рычага нарушится. Оставляя рычаг равноплечим, передвигайте монету в 5 рублей по рычагу так, чтобы добиться равновесие рычага. Измерьте расстояние от центра монеты в 5 рублей до линии опоры и от центра монеты в 1 рубль до той же линии опоры. Сделайте вывод.
4. Сравните это равновесие с равновесием двух человек разного веса, качающихся на доске (качелях), положенной на перекладину. Вы видите, что равновесие наступает только тогда, когда тяжелый человек будет находиться ближе к точке опоры и наоборот, более легкий – дальше.
5. Сформулируйте правило равновесия рычага.
6. Сделайте плакат с рисунками и принесите в класс, подготовьте рассказ о применении рычага
7. Продемонстрировать на опыте то условие, что чем длиннее рычаг, тем легче с ним работать. Если открывать крышку от банки с кофе монетой, то это очень трудно, а если с помощью чайной ложки – это легко.
4 группа «Блоки и их применение».
Каждое из семи чудес света, к которым принадлежит и египетская пирамида Хеопса, была выдающимся техническим достижением своего времени, но оно вызывало восторг и восхищение еще и благодаря художественному совершенству, замечательным образом соединяя в себе искусство и технику. До наших дней сохранилось единственное из этих чудес – пирамида Хеопса в Гизе, – она вместе с тем и древнейшее из них.
Свое название пирамида получила по имени ее создателя – фараона Хеопса. Она – самая большая из египетских пирамид. Ее высота составляет 146,6 м (что примерно соответствует высоте 5-этажного небоскреба), площадь основания 230 х 230 м (на таком пространстве свободно могли бы поместиться все 5 крупнейших соборов мира: собор святого Петра в Риме, собор святого Павла и Вестминстерское аббатство в Лондоне, а также Флорентийский и Миланский соборы), масса 6400 000 тонн.
Свыше 4000 человек – художников, архитекторов, каменотесов и прочих ремесленников – выполняли подготовительные работы около 10 лет. Как сообщает древнегреческий историк Геродот, строительство продолжалось еще лет 20, причем над сооружением гробницы Хеопса трудилось около 8000 человек. Переплыв на лодках на другой берег Нила, мужчины направлялись в каменоломню. Там они вырубали каменную глыбу, обтесывали ее с помощью кувалд, клиньев, пил и буравов и получали камень нужных размеров – со сторонами от 80 см до 1,45 м. Всего на то, чтобы сложить пирамиду, пошло два миллиона камней.
Затем, используя рычаги и канаты, каждая группа устанавливала свой камень на деревянные полозья и по бревенчатому настилу перетаскивала к берегу Нила. Парусная лодка переправляла рабочих и камень (масса каждого до 7,5 тонн) на другой берег. По выложенным бревнами дорогам камень доставляли волоком на строительную площадку.
Тут наступала самая тяжелая работа, поскольку кранов и других подъемных устройств тогда еще не было. По наклонному «въезду» шириной 20 м, построенному из» кирпичей» нильского ила, полозья с каменным блоком при помощи канатов и рычагов затягивали на верхнюю площадку. Там рабочие укладывали блок на указанное архитектором место с точностью до миллиметра.
И, наконец, приходила очередь самой опасной работы: укладки «пирамидона» – верхнего блока высотой 9 м, волоком затянутого по наклонному «въезду». Сколько людей погибло, выполняя эту операцию, мы не знаем. Но через 20 лет возведение корпуса пирамиды, которая состоит из 128 слоев камня, завершилось.
Вопросы к учащимся после прослушивания рассказа:
1. Какие простые механизмы использовались при строительстве пирамиды? (Клин, блок, наклонная плоскость, рычаг)
2. Какие устройства вы бы применили, если бы необходимо было построить пирамиду сегодня? (Грузоподъемный башенный кран)
Грузоподъемный башенный кран – основная машина на строительной площадке – служит для подъема и для перемещения тяжелых грузов. Он представляет собой сочетание простых механизмов.
3. Какие простые механизмы имеются в башенном кране?
IV. Решение задач:
Задача 1 (карточка)
1. На рычаге уравновешены две железные гирьки массами
10 и 200 г. Плечо гирьки массой 100 г равна 10 см. Найти плечо гирьки массой 200 г.
Дополнительно: зад. 32 стр. 63<1>.
13. Почему ручку располагают у края двери? (Чтобы увеличить плечо силы и этим облегчить открывание двери)
14. Поднимет ли стоящий на земле человек весом в 600 Н при помощи неподвижного блока груз, масса которого 72 кг? (Нет, потому что вес груза 700 н, превышает вес тела человека)
V. Домашнее задание: упр 19 стр. 150, ворот и его применение.
§ 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?
Что называют простыми механизмами?
Обсуждение вопроса:
Приспособления, служащие для преобразования силы, называют простыми механизмами.
В большинстве случаев простые механизмы применяют для того, чтобы получить выигрыш в силе, то есть увеличить силу, действующую на тело, в несколько раз.
Простейшие механизмы — устройства, служащие для преобразования направления и величины (модуля) силы. Представляют собой элементы более сложных механизмов. Некоторые из простейших механизмов появились в глубокой древности.
Клин — позволяет увеличить давление за счёт концентрации силы на малой площади. Используется в копье, лопате, пуле и др.
Винт — используется в шурупах, для подъёма воды (Архимедов винт), в качестве сверла в дрелях, отбойных молотках и др.
Ворот — используется для подъёма воды в колодцах, для ременной передачи и др.
Блок — колесо с жёлобом, по которому пропускают верёвку, трос или цепь. Применяется для изменения величины или направления силы.
Колесо — используется на транспорте и в зубчатых передачах. Наиболее ранние находки колёс встречаются на территории современной Румынии (неолитическая культура Кукутени — Триполье) и датируются последней четвертью V тысячелетия до н. э.
Поршень — позволяет использовать энергию расширяющихся нагретых газов или пара. Применяется в огнестрельном оружии и паровой машине.
Простые механизмы
С незапамятных времен человек использует для совершения механической работы различные приспособления.
Каждому известно, что тяжелый предмет (камень, шкаф, станок), который невозможно передвинуть непосредственно, сдвигают с места при помощи достаточно длинной и прочной палки—рычага (рис. 149).
С помощью рычагов три тысячи лет назад при строительстве пирамид в Древнем Египте передвигали и поднимали на большую высоту тяжелые каменные плиты (рис. 150).
Во многих случаях, вместо того чтобы поднимать тяжелый груз на некоторую высоту, его вкатывают или втаскивают на ту же высоту по наклонной плоскости (рис. 151) или поднимают с помощью блока.
Приспособления, служащие для преобразования силы, называют механизмами. К простым механизмам относятся: рычаг 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 делают ткани. Эти же механизмы можно обнаружить и в современных сложных автоматах, печатных и счетных машинах.
Ознакомившись с работой простых механизмов, можно легче разобраться в устройстве и сложных машин.