Рычаг. простые механизмы

Что из себя представляет рычаг в физике

Человек стал использовать рычаги еще в доисторическое время. Однако первое летописное упоминание об устройстве дал Архимед в III веке до н. э. Его закон равновесия гласил:

Рычаг используется для получения большего усилия на коротком плече с помощью меньшего усилия на длинном плече.

Рычаг первого и второго рода

Существуют несколько типов рычагов.

За образец рычагов второго рода можно взять тачку для перевозки грузов. Груз находится между рукоятками тачки и колесом.

В наше время рычаги повсеместно используются во многих сферах жизни. Можно сказать, что почти любой механизм, производящий механическое движение в том или ином виде использует принцип действия рычага. 

По теме: методические разработки, презентации и конспекты

технологическая карта открытого урока по теме «Рычаги»

Этот урок проводился с применением ИКТ. На столах учащихся компьютеры с интерактивным приложением «Интерактивная физика». Учащиеся наблюдают и проводям эксперимент с интерактивными моделями. Вначале у.

Урок-путешествие В»гости, к дедушке» проводится по теме «Рычаги в технике, быту и природе» по физике в 7 классе. Мотивация изучения темы и актуальность темы происходит при инсценировке русской народно.

Задания для проверки темы «Рычаги и блоки» (7 класс)

В документе представлены два варианта заданий для проверки темы «Рычаги и блоки». В каждом варианте 4 задания, два из которых — задачи.

Открытый урок в 7 классе по теме» Рычаг»

Представлена презентация к открытому уроку в 7 классе по теме » Рычаг&quot.

Тест физика 7 класс по темам «Рычаг. Блок. «Золотое» правило механики. Равновесие тел»»

Вопросы теста взяты из ФГОС УМК О.И.Чеботарева Тесты по физике. К учебнику А.В. Перышкина «Физика 7 класс&quot.

Человек стал использовать рычаги еще в доисторическое время. Однако первое летописное упоминание об устройстве дал Архимед в III веке до н. э. Его закон равновесия гласил:

Рычаг — это простой механизм, который способен меньшей силой уравновесить большую. Он имеет вид твердого тела, вращающееся вокруг неподвижной опоры.

Рычаг используется для получения большего усилия на коротком плече с помощью меньшего усилия на длинном плече.

Рычаг первого и второго рода

Существуют несколько типов рычагов.

Рычаги первого рода — это такие приспособления, в которых точка опоры всегда располагается между точкой усилия и нагрузкой. Чтобы понять, как это работает, можно представить гвоздодер или весы.

Рычаги второго рода — это такие механизмы, в которых на одном конце рычага находится точка опоры, а к другому прикладывается усилие. Груз, который необходимо поднять, располагается между точкой опоры и усилием.

За образец рычагов второго рода можно взять тачку для перевозки грузов. Груз находится между рукоятками тачки и колесом.

В наше время рычаги повсеместно используются во многих сферах жизни. Можно сказать, что почти любой механизм, производящий механическое движение в том или ином виде использует принцип действия рычага.

Рычаги в технике

В технике рычаги используются постоянно и без них даже невозможно представить нашу жизнь. Когда представляешь такой простой механизм в технике на ум первым делом приходи рычаг переключения коробки передач в машине. Та часть, которую мы видим в салон это короткое плечо, а внизу идет длинное плечо, которое может переключать необходимые механизмы и приборы.

Рычаги используются и в стоматологии. Работа бормашины тоже основана на золотом правиле механики. Для того чтобы как-то воздействовать на зубы и эмаль нужно приложить очень большую силу, именно это и помогает сделать рычаг.

Рычаг также используется в таком музыкальном инструменте как пианино. Клавиши – это его короткое плечо, а дальше, скрыто от наших глаз длинное плечо. При нажатиии на короткое плечо, длинное плечо воздействует на механизмы, благодаря которым появляется звук.

Тема «Рычаги в природе» за 7 класс на самом деле очень важна, ведь эти простые механизмы находят применение в быту, технике и живой природе. И хоть они и незаметны, их использование значительно облегчает нашу жизнь, поэтому надо внимательно изучать эти простые механизмы.

Предыдущая запись Виды ионизирующего излучения – кратко характеристики, свойства и источники
Следующая запись Основные виды и принципы работы радиосвязи

Золотое правило механики

Все примеры простых механизмов, которые мы рассмотрели, имеют одно общее свойство, которое называют золотым правилом механики: 

Во сколько раз мы выигрываем в силе, во столько же раз проигрываем в перемещении.

Произведение силы на перемещение в механике называется работой и обозначается буквой А:

где α — угол между векторами силы и перемещения. Если направления векторов совпадают, формула работы выглядит проще: A = F × S. 

Сэкономить в силе больше, чем проиграть в перемещении — то есть выиграть в работе — не позволяет ни один механизм. Чем меньше силы нужно потратить при подъёме тела по наклонной плоскости, тем длиннее должна быть эта плоскость. Чем меньше сил нужно для воздействия на рычаг — тем длиннее должно быть его плечо.

«Дайте мне точку опоры, и я переверну Землю» — заявил Архимед. Теоретически он мог бы поднять груз, равный нашей планете, выбрав рычаг подходящей длины. Масса земли — примерно 6 000 000 000 000 000 000 000 тонн, в то время как человек в среднем способен поднять груз около 60 килограммов. А значит, плечо силы должно быть больше плеча груза в 100 000 000 000 000 000 000 000 раз. Поэтому чтобы плечо груза сдвинулось хотя бы на один сантиметр, учёному пришлось бы сдвинуть плечо силы на 1000 000 000 000 000 000 км. Даже со скоростью движения в 1 м/с на это ушло бы тридцать тысяч миллиардов лет.

Закон равновесия сил на рычаге

Используя рычаг, мы можем получить выигрыш в силе и поднять неподъемный голыми руками груз. Расстояние от точки опоры до точки приложения силы называют плечом силы. Причем, можно рассчитать равновесие сил на рычаге по следующей формуле:

F1 / F2 = l2 / l1,

где F1 и F2 – силы, действующие на рычаг,а l2 и l1 – плечи этих сил.

Это и есть закон равновесия рычага, который гласит: рычаг находится в равновесии тогда, когда действующие на него силы обратно пропорциональны плечам этих сил. Этот закон был установлен Архимедом еще в третьем веке до нашей эры. Из него следует, что меньшей силой можно уравновесить большую. Для этого необходимо, чтобы плечо меньшей силы было больше плеча большей силы. А выигрыш в силе, получаемый с помощью рычага, определяется отношением плеч приложенных сил.

Начав использоваться с глубокой древности, рычаг повсеместно применяется и в наши дни, как на производстве, например, подъемные краны, так и в быту, например, ножницы, весы и так далее.

Рычаг — один из наиболее распространенных и простых типов механизмов в мире, присутствующий как в природе, так и в рукотворном мире, созданном человеком.

Тело человека как рычаг

К примеру, скелет и опорно-двигательная система человека или любого животного состоит из десятков и сотен рычагов. Взглянем на локтевой сустав. Лучевая и плечевая кости соединятся вместе хрящом, к ним так же присоединяются мышцы бицепса и трицепса. Вот мы и получаем простейшие механизмы рычага.

Если вы держите в руке гантель весом в 3 кг, какое усилие при этом развивает ваша мышца? Место соединения кости и мышцы делит кость в соотношении 1 к 8, следовательно, мышца развивает усилие в 24 кг! Получается, мы сильнее самих себя. Но рычажная система нашего скелета не позволяет нам в полной мере использовать нашу силу.

Наглядный пример более удачного применения преимуществ рычага в скелетно-мышечной системе организма обратные задние колени у многих животных (все виды кошек, лошади, и т.д.).

Их кости длиннее наших, а особое устройство их задних ног позволяет им гораздо эффективнее использовать силу своих мышц. Да, несомненно, их мышцы гораздо сильнее чем у нас, но и вес их больше на порядок.

Раз уж мы вспомнили о прыжках в высоту, рассмотрим варианты применения рычага, которые придуман человеком. Прыжки в высоту с шестом очень наглядный пример.

При помощи рычага длинной около трех метров (длинна шеста для прыжков в высоту около пяти метров, следовательно, длинное плечо рычага, начинающееся в месте перегиба шеста в момент прыжка, составляет около трех метров) и правильного приложения усилия, спортсмен взлетает на головокружительную высоту до шести метров.

Рычаги так же распространены и в быту. Вам было бы гораздо сложнее открыть туго завинченный водопроводный кран, если бы у него не было ручки в 3-5 см, которая представляет собой маленький, но очень эффективный рычаг.

То же самое относится к гаечному ключу, которым вы откручиваете или закручиваете болт или гайку. Чем длиннее ключ, тем легче вам будет открутить эту гайку, или наоборот, тем туже вы сможете её затянуть.

При работе с особо крупными и тяжелыми болтами и гайками, например при ремонте различных механизмов, автомобилей, станков, используют гаечные ключи с рукояткой до метра.

Другой яркий пример рычага в повседневной жизни самая обычная дверь. Попробуйте открыть дверь, толкая её возле крепления петель. Дверь будет поддаваться очень тяжело. Но чем дальше от дверных петель будет располагаться точка приложения усилия, тем легче вам будет открыть дверь.

Рычаги в технике

Естественно, рычаги так же повсеместно распространены и в технике. Самый очевидный пример рычаг переключения коробки передач в автомобиле. Короткое плечо рычага та его часть, что вы видите в салоне.

Длинное плечо рычага скрыто под днищем автомобиля, и длиннее короткого примерно в два раза. Когда вы переставляете рычаг из одного положения в другое, длинное плечо в коробке передач переключает соответствующие механизмы.

Здесь так же очень наглядно можно увидеть, как длина плеча рычага, диапазон его хода и сила, необходимая для его сдвига, соотносятся друг с другом.

Например, в спортивных автомобилях, для более быстрого переключения передач, рычаг обычно устанавливают короткий, и диапазон его хода так же делают коротким.

Однако, в этом случае водителю необходимо прилагать больше усилий, чтобы переключить передачу. Напротив, в большегрузных автомобилях, где механизмы сами по себе тяжелее, рычаг делают длиннее, и диапазон его хода так же длиннее, чем в легковом автомобиле.

Таким образом, мы можем убедиться в том, что механизм рычага очень широко распространен как в природе, так и в нашем повседневном быту, и в различных механизмах.

Упражнения

Упражнение №1

Укажите точку опоры и плечи рычагов, изображенных на рисунке 10.

Рисунок 10. Различные рычаги

Посмотреть ответ

Скрыть

Ответ:

Обозначения на рисунке 11:

• O — точка опоры;
• $F_1$ — сила, приложенная к рычагу;
• OA — плечо силы $F_1$;
• $F_2$ — сила сопротивления или вес поднимаемого тела $F_2$;
• OB — плечо силы $F_2$.

Рисунок 11. Рычаги с обозначенными плечами сил

Упражнение №2

Рассмотрите рисунок 12. При каком расположении груза на палке момент его силы тяжести больше? В каком случае груз легче нести? Почему?

Рисунок 12. Использование рычага

Посмотреть ответ

Скрыть

Ответ:

Момент силы определяется по формуле: $M = Fl$, где $l$ — плечо силы.

На рисунке 13 мы обозначали действующие силы и их плечи.

Рисунок 13. Разница в использовании рычагов

Сила тяжести, действующая на груз, будет одинакова в обоих случаях ($F_1 = F_3$). Но плечо этой силы $l_1$ в первом случае (рисунок 13, а) будет меньше плеча силы $l_2$ во втором случае (рисунок 13, б). Значит момент силы тяжести будет в первом случае будет меньше момента этой же силы тяжести во втором случае:$M_1 = F_1 l_1$,$M_3 = F_3 l_3 = F_1 l_3$,$l_1 < l_3$, $M_1 < M_3$.

Груз будет легче нести в первом случае, так как необходимо уравновесить меньший момент силы. Момент силы тяжести уравновешивается моментом той силы, которую мы прилагаем ($M_2$ и $M_4$).При определении этих моментов мы увидим, что их величина будет зависеть от приложенной силы ($F_2$ и $F_4$), так как их плечи одинаковы в обоих случаях: $l_2 = l_4$).Момент силы тяжести больше во втором случае. Значит, тут нам нужно приложить большую силу $F_4$, чтобы нести груз.

Упражнение №3

Пользуясь рисунком 14, объясните, как при гребле используется рычаг и для чего это нужно.

Рисунок 14. Использование рычагов в гребле

Посмотреть ответ

Скрыть

Ответ:

Каждое весло представляет собой рычаг, точка опоры которого находится в том месте, где весла крепятся в лодке. Плечо силы сопротивления воды такого рычага больше плеча силы, которую прикладывает гребец. Таким образом мы получаем проигрыш в силе и выигрыш в пути, которое лопасть весла проходит в воде. Это позволяет развить большую скорость движения лодки и получить выигрыш во времени.

Упражнение №4

На рисунке 15 изображен разрез предохранительного клапана. Рассчитайте, какой груз надо повесить на рычаг, чтобы пар через клапан не выходил. Давление в котле в 12 раз больше нормального атмосферного давления. Площадь клапана $S = 3 \space см^2$, вес клапана и вес рычага не учитывать. Плечо силы OA равно $1 \space см$, а плечо OB — $5 \space см$. Куда нужно переместить груз, если давление пара в котле увеличится; уменьшится? Ответ обоснуйте.

Рисунок 15. Предохранительный клапан в разрезе

Дано:$l_1 = 1 \space см$$l_2 = 5 \space см$$S = 3 \space см^2$$p_{атм} = 760 \space мм \space рт. \space ст.$$p = 12p_{атм}$$g = 9.8 \frac{Н}{кг}$

СИ:$l_1 = 0.01 \space м$$l_2 = 0.05 \space м$$S = 3 \cdot 10{-4} \space м^2$$p_{атм} =101 \space 300 \space Па$

$m — ?$

Посмотреть решение и ответ

Скрыть

Решение:

Запишем правило равновесия рычага:$\frac{F_1}{F_2} = \frac{l_2}{l_1}$,$F_1 \cdot l_1 = F_2 \cdot l_2$.

Сила $F_1$ будет определятся давлением в котле:$p = \frac{F_1}{S}$,$F_1 = pS = 12p_{атм} S$.

Сила $F_2$ — это сила тяжести, действующая на груз:$F_2 = F_{тяж} = gm$.

Подставим полученные выражения для сил в формулу равновесия рычага:$12p_{атм} S \cdot l_1 = gm \cdot l_2$.

Здесь мы можем сказать, что если давление в котле увеличится, то нужно увеличить плечо рычага $l_2$ — подвинуть груз вправо.Если давление в котле уменьшится, то нужно уменьшить плечо рычага $l_2$ — подвинуть груз влево.

Выразим отсюда массу груза и рассчитаем ее:$m = \frac{12p_{атм} S l_1}{g l_2}$,$m = \frac{12 \cdot 101 \space 300 \space Па \cdot 3 \cdot 10{-4} \space м^2 \cdot 0.01 \space м}{9.8 \frac{Н}{кг} \cdot 0.05 \space м} \approx 7.44 \space кг$.

Ответ: $m \approx 7.44 \space кг$.

Упражнение №5

На рисунке 16 изображен подъемный кран. Рассчитайте, какой груз можно поднимать при помощи этого крана, если масса противовеса $1000 \space кг$. Сделайте расчет, пользуясь равенством моментов сил.

Рисунок 16. Подъемный кран

Дано:$m_2 = 1000 \space кг$$l_1 = 7.2 \space м$$l_2 = 3 \space м$

$m_1 — ?$

Посмотреть решение и ответ

Скрыть

Решение:

Запишем правило моментов:$M_1 = M_2$,$F_1 l_1 = F_2 l_2$.

Сила $F_1$ будет определяться силой тяжести, действующей на груз, а сила $F_2$ — силой тяжести, действующей на противовес:$gm_1 l_1 = gm_2 l_2$,$m_1 l_1 = m_2 l_2$.

Выразим отсюда массу груза и рассчитаем ее:$m_1 = \frac{m_2 l_2}{l_1}$,$m_1 = \frac{1000 \space кг \cdot 3 \space м}{7.2 \space м} \approx 417 \space кг$.

Ответ: $m_1 \approx 417 \space кг$.

Рычаг в физике

Рычаг — это твердое тело, которое может вращаться вокруг неподвижной опоры.

Самый простой пример рычага вы могли видеть в мультфильмах или фильмах: герой подставляет большую доску под камень, опирает ее на бочку или ведро, прикладывает силу к краю доски и… поднимает камень! С помощью такой конструкции можно приподнять любой предмет, весь секрет только в расположении опоры (оси вращения) и правильном распределении усилия.

На рисунке представлен демонстрационный рычаг.  — точка опоры, слева и справа от которой подвешены грузы. Заметим, что количество грузов неравное, но рычаг остается в положении равновесия.

Но главное назначение рычага — не быть в равновесии, а давать выигрыш в силе. Каким образом? Все дело в том, что на рычаг могут действовать разные по величине силы, и точки приложения этих сил располагаются на разном расстоянии от точки опоры. Правильно распределив силы и подобрав расстояние до опоры, можно поднять груз, вес которого намного больше, чем сила, приложенная для его подъёма.

Выберите идеального репетитора по физике
15 000+ проверенных преподавателей со средним рейтингом 4,8. Учтём ваш график и цель обучения
Выбрать!

Рычаги в быту

Рычаги очень часто можно встретить в быту. Было бы необычайно сложно открыть туго завинченный водопроводный кран, если бы у него не было небольшой, но необходимой ручки, представляющей собой рычаг.

В качестве примера можно также рассмотреть гаечный ключ, предназначенный для откручивания или закручивания болта или гайки. Чем длиннее ключ, тем проще будет открутить гайку, или наоборот.

Дверь — это отличный пример рычага в будничной жизни. Практически невозможно открыть дверь, толкая ее возле крепления петель. Дверь будет открываться с трудом. Но чем дальше от дверных петель будет располагаться точка направления силы, тем легче будет распахнуть дверь.

С детства знакомое развлечение, качели для двоих, действуют тоже по принципу рычага. Есть неподвижная ось вращения, вокруг которой качели вращаются под действием сил тяжести детей. Чтобы перевесить своего друга, сидящего на противоположном сидении, поднять его, ребенок садится на самый край качели. Если он сядет ближе к опоре качели, может не перевесить.

Виды рычагов

Рычаги делятся на три вида по своему строению. Рассмотрим каждый из них.

В рычаге первого типа точки приложения сил лежат по разные стороны от точки опоры, силы направлены в одну сторону. Одна из сил стремится повернуть рычаг по часовой стрелке, другая — против часовой стрелки.

Примеры: лом, пила, ножницы, плоскогубцы, детские качели.

В рычаге второго рода обе точки приложения сил лежат по одну сторону от точки опоры, причем одна из сил имеет меньшее плечо. Примером такого рычага является обычная садовая тачка: чтобы поднять груз, находящийся в ней, необходимо направить нашу силу вверх, чуть приподнимая тачку.

Еще к рычагам второго типа можно отнести щипцы для колки орехов, ключ для открывания бутылок.

В рычаге третьего типа обе точки приложения сил лежат по одну сторону от точки опоры, но тело, которое необходимо поднять, имеет большее плечо силы. Чтобы поднять такое тело, нам необходимо приложить силу, во много раз превышающую вес груза. К таким рычагам можно отнести ложку, метлу, заднюю дверь багажника и капот легковых автомобилей.

Великий греческий ученый Архимед как-то сказал: «Дайте мне точку опоры, и я сдвину (переверну) Землю!». Имел ли он в виду, что может действительно создать такой масштабный рычаг, сейчас никто не подтвердит. Но мы точно знаем: уверенность в своих силах и знаниях позволит вам справиться с любым сложным делом. Именно такую уверенность дают онлайн-курсы физики в школе Skysmart. Записывайтесь на уроки, и тогда все вам будет нипочем: и школьные уроки физики, и лабораторные работы, и даже олимпиады. И тогда вы, как и Архимед, сможете сказать про себя: я могу сдвинуть даже Землю!

Рычаг в физике — простой механизм

Один из самых простых и распространенных механизмов, который изучают в физике еще в седьмом классе – рычаг. Рычагом в физике называют твердое тело, способное вращаться вокруг неподвижной опоры.

Различают два вида рычагов. У рычага первого рода точка опоры находится между линиями действия приложенных сил. У рычага второго рода точка опоры расположена по одну сторону от них. То есть, если мы пытаемся при помощи лома сдвинуть с места тяжелый предмет, то рычаг первого рода – это ситуация, когда мы подкладываем брусок под лом, надавливая на свободный конец лома вниз. Неподвижной опорой у нас в данном случае будет являться брусок, а приложенные силы располагаются по обе стороны от него. А рычаг второго рода – это когда мы, подсунув край лома под тяжесть, тянем лом вверх, пытаясь таким образом перевернуть предмет. Здесь точка опоры находится в месте упора лома о землю, а приложенные силы расположены по одну сторону от точки опоры.

Виды простых механизмов

Простые механизмы по тому, какой выигрыш в силе предоставляют, 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.

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. Этот простой механизм помогает поднимать тяжелые предметы, уравновешивать их. Пример простого рычага — качели-балансиры.

Рисунок 1. Рычаг

Блок

Блок — еще один представитель класса «виды простых механизмов», хоть не выглядит он на первый взгляд просто. В житейском понимании можно сказать, что блок представляет собой веревку, намотанную на колесо.

Рисунок 2. Блок

Механический выигрыш задает 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, дающий отличный выигрыш в силе. Простой механизм принципа «ось-колесо». Ось — цилиндр, который фиксирует колесо на месте, а колесо на этой оси вращается.

Рисунок 3. Ворот

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 изображена на рисунке ниже. Ранее упомянутый нами в примере лестничный проем — яркий пример того, как выглядит механизм по типу наклонной плоскости.

Рисунок 4. Наклонная плоскость

Это поверхность, у которой один край расположен выше другого. Кстати, именно в наклонных плоскостях кроется секрет постройки древних пирамид Египта. А как подобное можно было соорудить, не имея выигрыш в силе?

Винт

Если взять наклонную плоскость, обернуть ее вокруг цилиндра, то мы получим винт — простой механизм, который используется для того, чтобы что-то опускать, поднимать или обычно дабы удерживать два тела вместе.

Рисунок 5. Винт

Типичная крышка от банки или бутылки — показательный пример винта. А вот вкрутить даже маленький винтик — задача посложнее, 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… Вот вам и выигрыш в силе.

Клин

Если представить две наклонные плоскости, сходящиеся в одной точке, выйдет то, что называется клином.

Рисунок 6. Клин

Он помогает удерживать предметы на месте, а также раскалывать тела или отделять от них части. Ножи, мечи, топоры и прочие режущие предметы по механике действия классифицируются как клинья. Кстати, на корпусе самолета они тоже есть: самолетные клинья помогают рассекать при движении воздух подобно тому, как кухонный нож прорезает свежий огурчик.

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 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»?

Презентация на тему: » Простые механизмы. Рычаг. Равновесие сил на рычаге.» — Транскрипт:

1

Простые механизмы. Рычаг. Равновесие сил на рычаге.

2

Цель: ввести понятие «простой механизм»; выяснить условие равновесия рычага.

3

1. Примеры простых механизмов. 2. Определение рычага. 3. Виды рычагов. 4. Определение плеча силы. 5. Эксперимент по установлению равновесия рычага. 6. Формулировка и формула условия равновесия рычага.

4

Примеры простых механизмов Физические возможности человека ограничены, поэтому с давних времен человек часто использовал устройства, способные преобразовать силу человека в значительно большую силу. Примеры простых механизмов: рычаг (блок, ворот), наклонная плоскость (клин, винт).

5

Примеры простых механизмов Рычаг Рычаг используется для получения большего усилия на коротком плече с помощью меньшего усилия на длинном плече. Сделав плечо рычага достаточно длинным, теоретически, можно развить любое усилие.

6

Примеры простых механизмов Блок Блок простое механическое устройство, позволяющее изменять силу. Представляет собой колесо с жёлобом по окружности, вращающееся вокруг своей оси. Желоб предназначен для каната, цепи, ремня и т. п.

7

Примеры простых механизмов Ворот Ворот простейший механизм. Представляет собой два колеса, соединенные вместе и вращающиеся вокруг одной оси. Ворот состоит из цилиндра (барабана) и прикрепленной к нему рукоятки. Чаще всего его применяли для подъема воды из колодцев.

8

Примеры простых механизмов Клин Клин простой механизм в виде призмы, рабочие поверхности которого сходятся под острым углом. Используется для раздвижения, разделения на части обрабатываемого предмета.

9

Примеры простых механизмов Наклонная плоскость Наклонная плоскость это плоская поверхность, установленная под углом, к горизонтальной поверхности. Наклонная плоскость позволяет преодолевать значительное сопротивление, прилагая сравнительно малую силу на большем расстоянии, чем то, на которое нужно поднять груз.

10

Примеры простых механизмов Винт Винт простейший механизм. Резьба винта, в сущности, представляет собой другой простейший механизм наклонную плоскость, многократно обёрнутую вокруг цилиндра.

11

Определение рычага Рычаг Рычаг представляет собой твердое тело, способное вращаться вокруг неподвижной опоры.

12

Виды рычагов рычаги 1 рода рычаги 2 рода Различают рычаги 1 рода, в которых опора располагается между точками приложения сил, и рычаги 2 рода, в которых точки приложения сил располагаются по одну сторону от опоры.

13

Определение плеча силы Плечом силы Плечом силы называется кратчайшее расстояние от точки опоры до линии действия силы.

14

Эксперимент по установлению равновесия рычага

15

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

16

Примеры решения задач Примеры решения задач 1. Определите графически плечи сил на рычагах. 2. С помощью рычага рабочий поднимает плиту массой 240 кг. Какую силу прикладывает он к большему плечу рычага, равному 2,4 м, если меньшее плечо равно 0,6 м?

17

Закрепление 1.Что называют простыми механизмами? 2.Для какой цели применяют простые механизмы? 3.Какой простой механизм применяли в Египте при строительстве пирамид? 4.Что представляет собой рычаг? 5.Что называют плечом силы? 6.Как найти плечо силы? 7.Какое действие оказывают на рычаг силы? 8.В чем состоит правило равновесия рычага? 9.Кто установил правило равновесия рычага?

Простые механизмы — что это такое в физике

Порой физические действия требуют от человека огромных усилий. Над тем, как их облегчить, задумывались даже первобытные люди, используя палки-копалки, каменные топоры и другие орудия труда. Умение облегчить свой труд путем применения определенных технологий — главное отличие человека от животного. Проявление этого умения — изобретение простых механизмов, деятельность которых направлена на изменение направления силы.

В процессе действия простых механизмов происходит противодействие одной (приложенной для работы) силы против силы нагрузки

Если не принимать во внимание потерь на компенсацию силы трения, то работа, выполняемая над грузом, будет идентичной работе, которую выполняет приложенная сила. Уменьшить «выходную» силу можно за счет уменьшения расстояния, например, при перемещении груза

В физике даже существует термин «механический выигрыш». Он обозначает, во сколько раз выходная сила больше приложенной при использовании простого механизма.

Примерами «полезности» применения простых механизмов являются случаи, если нужно:

1. Увеличить скорость перемещения груза (когда перемещаемую часть увязывают с длинным концом рычага).
2. Применить простые «строительные блоки» в составе сложных машин, например, колеса, рычаги в конструкции велосипеда.

История появления первого простейшего механизма связана с именем Архимеда, которому принадлежит знаменитое изречение: «Дайте мне точку опоры, и я переверну Землю». Это выражение он сказал тогда, когда обнаружил механический выигрыш от применения такого приспособления как рычаг.  

В последующем греческим философам принадлежит заслуга открытия пяти классических простых механизмов, с помощью которых можно компенсировать затраты энергии на приведение в движение грузов:

• рычаг;
• брашпиль;
• блок;
• клин;
• винт.

Однако в пору их открытий существовали теоретические ограничения использования статических простых механизмов. Другими словами, пока исключались динамические конструкции.

Рычаги в природе

Большое количество рычагов присутствует в разных частях тела животных и человека.

Например, у человека кости рук и ног, нижняя челюсть, череп, фаланги пальцев — рычаги (рисунок 8).

Рисунок 8. Рычаги в частях тела человека.

Когда мы поднимаем рукой какой-то груз, наши мышцы сокращаются, и рука сгибается в локте. Действующая сила — сила наших мышц, а противодействующая сила — вес поднимаемого предмета.

Устройство задних ног многих животных использует принцип рычага. Благодаря такому строению животные могут эффективно использовать силу своих мышц. У представителей кошачьих рычагами являются почти все подвижные кости (рисунок 9). Даже обычная домашняя кошка может легко совершать прыжки на большую высоту.

Рисунок 9. Строение скелета кошки.

Створки раковины у двустворчатых моллюсков являются рычагом (рисунок 10).

Рисунок 10. Двустворчатый моллюск.

Также примерами рычагов в природе являются клешни у крабов и других членистоногих, подвижные когти у кошек, ствол дерева и его корень.

Рычаг относится к простейшим механизмам, которые с древних времен облегчали людям жизнь. Он помогает поднимать тяжести, масса которых намного больше, чем масса человека. Но использует такой механизм не только человек, рычаги в природе тоже очень часто встречаются. Самый распространенный его тип – это балка, которая может вращаться вокруг точки опоры, однако существует много других видов этого механизма.