Правило рычага. формулировка и формула

Принцип работы рычага

Познакомившись с вопросом, что такое рычаг в физике (это наипростейший механизм), перейдем к рассмотрению принципа, согласно которому с помощью рычага получается выигрыш в силе или в пути перемещения. Для этого вспомним, что в физике существует величина, которая называется моментом силы. Последний равен произведению плеча силы на модуль силы, то есть:

M = d*F.

Где плечо силы d — это дистанция от опоры рычага до точки действия силы F.

Если вспомнить статику, то второе условие равновесия системы твердых тел в ней гласит, что система не будет совершать вращательного движения, если сумма всех n моментов сил в ней равна нулевому значению. То есть:

∑i=1nMi = 0.

Прежде чем переходить к формулировке условия равновесия рычага, отметим, что момент силы, который стремится повернуть систему против часовой стрелки, является положительным. Противоположный ему момент будет отрицательным.

Выше показан рычаг, на который оказывают действие внешняя сила F и сила нагрузки R. Учитывая значение плеч сил и направления моментов, можно записать следующее равенство:

R*dR — F*dF = 0.

Откуда получаем условие равновесия рычага, полученное еще Архимедом:

dR/dF = F/R.

Это условие говорит о том, что чем длиннее плечо dF, тем меньшую силу F следует приложить, чтобы поднять вес R. При этом высота подъема этого веса будет меньше, чем высота, на которую опустится плечо dF. Таким образом, при dF>dR получается выигрыш в силе, но проигрыш в пути. При обратном соотношении плеч получится выигрыш уже в пути, но силу F придется приложить большей величины, чем вес R.

Таким образом рычаг можно применять как для подъема тяжестей, так и для сообщения скорости телу весом R. Последнее раньше использовалось в катапультах.

Виды рычагов и примеры

В зависимости от положения опоры и порядка расположения действующих на балку сил рычаги бывают трех родов. Расскажем кратко об особенностях каждого из них.

Рычаг — это устройство, которое может быть нескольких видов. Первого рода рычаги являются двуплечими. В соответствии с соотношением длин плеч он может давать выигрыш в силе или в пути. Примерами применения таких рычагов являются ножницы, детские качели, гвоздодер.

Рычаг — это механизм не только двуплечий. Он также может иметь одно плечо, когда опора располагается вблизи края балки. В этом случае возможно два варианта в расположении точек приложения сил F и R, которые были рассмотрены ранее. Если F лежит дальше от опоры, чем R, то мы получаем рычаг второго рода, если же F ближе к опоре, чем R, то получаем рычаг третьего рода. Рычагами второго рода являются ручная тачка для перемещения грузов или орехокол.

В качестве рычагов третьего рода можно привести в пример рыбацкую удочку, пинцет или столовую вилку.

Нетрудно понять, что рычаги второго рода дают выигрыш в силе, а третьего рода — в пути.

Когда человечество начало использовать рычаг?

Ответить уверенно на этот вопрос нельзя. Известно, что рычаги с древнейших времен использовались в Месопотамии и Древнем Египте для подъема тар с водой из колодцев и рек.

Единственным письменным свидетельством, которое сохранилось до наших дней, свидетельствующим об использовании рассматриваемого механизма, является всем известный рычаг Архимеда. В работе Плутарха «Параллельные жизни» (100 год до н. э.) говорится, что Архимед в одиночку смог поднять корабль с грузом и пассажирами над поверхностью воды. При этом философ использовал систему блоков и рычагов.

Если подойти к поставленному в названии пункта вопросу более строго, то можно сказать, что человек пользуется рычагом с момента собственного появления в этом мире, ведь наши предплечья и плечи работают по принципу этого простого механизма.

Моменты сил и правило рычага

Рассмотрим классический рычаг с двумя плечами, когда опора находится вдали от концов балки. Пример такого механизма изображен ниже.

Мы видим, что когда этот рычаг применяют для совершения физической работы, то на него действует две силы:

внешняя сила F, которую прикладывают для выполнения полезной работы;
сила R, которая оказывает сопротивление силе F (она выполняет отрицательную работу).

В большинстве случаев сила F создается усилием человека, а сила R представляет собой вес некоторого груза.

Рассматриваемый рычаг будет находиться в равновесии, и перестанет испытывать вращение только тогда, когда сумма действующих на него моментов будет равна нулю. Используя обозначения рисунка выше, и применяя формулу для M, запишем правило равновесия рычага:

Заметим, что момент силы F записан со знаком минус, поскольку он стремится повернуть плечо рычага по часовой стрелке. Остается перенести второй член в правую часть равенства, чтобы записать правило рычага:

Таким образом, равенство моментов силы действия F и силы противодействия R является достаточным условием равновесия рассматриваемого простого механизма.

Кто установил правило равновесия рычага? Этот вопрос отчасти пересекается с рассмотренным выше историческим. Поскольку сохранились только письменные свидетельства научной деятельности Архимеда, связанной с этим механизмом, то именно он в настоящее время считается тем философом, кто установил правило рычага.

Равновесие рассматриваемой системы обеспечивается не только равенством нулю суммы моментов, но также равенством нулю всех действующих сил. Выше были названы лишь две силы (F и R). На самом же деле существует еще сила реакции опоры, направленная против сил F и R. Реакцию опоры момента силы не создает ввиду нулевой длины ее плеча.

Рычаг второго рода

Во всех рычагах второго рода опора находится вблизи одного из концов балки. Это ее расположение приводит к наличию всего одного плеча у рычага. При этом вес груза расположен всегда между опорой и внешней силой F. Расположение сил в рычаге второго рода приводит к единственному полезному результату: выигрышу в силе.

Примерами этого вида рычага являются тачка ручная, которая служит для перевозки тяжелых грузов, а также орехокол. В обоих случаях проигрыш в пути не имеет никакого отрицательного значения

Так, в случае ручной тачки важно лишь удерживать груз на весу во время его перемещения. При этом прилагаемая сила оказывается в несколько раз меньше веса груза

Значение слова Рычаг по словарю Даля:

Рычаг м. (от рочить? рука?) рочаг южн. зап. жердь, шесть, для подъема тяжести, на упорной точке. подъем. Рычаг подводят под тяжесть, упирают во что, поближе к тому же концу, а за другой нагнетают его. или подводят глубже, упирают концом в землю, повыше этого в кромку тяжести, и вздымают другой конец. Языком, что рычагом. | Рычаг, в мехаиик: мысленная черта, в которой отличают точки: упора, силы и сопротивленья. в сем значении большая часть машинного строенья приводится к началам рычага: и колесо рычаг. Рамо, плечо рычага. | Рычаг, кур. рогач, ухват. Народ с рычагами сошелся, с кольями, дубинами. Рычажки рояля, или клавиши. Рычажный, к рычагу относящ.

Предварительный просмотр:

Школа п.Третий решающий

Доклад

по дисциплине: «Физика»

на тему:«
»

Выполнил:

ученик_7__ класса

Толоконникова Владимира

Проверил:Олейников Николай

Викторович

__________________________

Рычаги в природе, быту и технике

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.

Средне-статистическая лошадь весит около 450 кг, и при этом может легко прыгнуть на высоту около двух метров. Нам же с вами, чтобы выполнить такой прыжок, надо быть мастерами спорта по прыжкам в высоту, хотя мы весим в 8-9 раз меньше, чем лошадь.

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.

Рычаг в быту

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.

Определение слова «Рычаг» по БСЭ:

Рычаг — простейший механизм, позволяющий меньшей силой уравновесить большую. представляет собой твёрдое тело, вращающееся вокруг неподвижной опоры. Основное свойство Р. (любой формы) выражается равенством Ph₁ = Qh₂ (см. рис.), где P и Q — приложенные силы, h₁ и h₂ — расстояния по перпендикулярам, опущенным из точки опоры Р. на линии действия сил (плечи сил). Если опора располагается между точками приложения сил, то это Р. 1-го рода (рис., а). Если же обе силы приложены с одной стороны опоры, то это Р. 2-го рода (рис., б). Для равновесия Р. 1-го рода силы должны быть направлены в одну сторону, а для равновесия Р. 2-го рода — в разные стороны. Теория равновесия Р. под действием сил тяжести была дана Архимедом, а общее условие равновесия Р. П. Вариньоном в 1687. Часто Р. используют в качестве простейшего подъёмного приспособления.Рычаг 1-го (а) и 2-го (б) рода.

Значение слова Рычаг по словарю Брокгауза и Ефрона:

Рычаг — одна из так называемых простых машин. Уже в сочинениях Аристотеля рассматривается действие Р. Действие равноплечих весов он объясняет правильно, представляя коромысло современных ему весов, не имевших еще чашек, в виде прямоугольной линейки, подвешенной за середину своей верхней стороны: вертикальная линия, проведенная через точку привеса, делит прямоугольник этот симметрично на две равные части, поэтому он останется горизонтальным сам по себе, и тогда, когда на концы будут положены равные грузы. Если же такое коромысло наклонить, то к поднимающейся его половине прибавится треугольная часть другой половины, перешедшая за вертикальную, проведенную через точку привеса. Вес этого треугольника будет стремиться возвратить коромысло в горизонтальное положение. Если же точка привеса на нижнем конце коромысла, — прибавится вес понизившегося конца и весы не будут возвращаться в прежнее положение. Для случая неравных расстояний от точки опоры, Аристотель лишь высказывает, что приводимый в движение груз относится к проводящему, как обратное отношение их расстояний от точки опоры, утверждая, что движение тем легче происходит, чем груз дальше от точки вращения. Обстоятельнее разбирает условия равновесия грузов на Р. Архимед, основываясь на наглядном принципе симметрии и пользуясь понятием о центре тяжести. неизменяемая горизонтальная прямая, подпертая в своей середине останется в равновесии, если на ней будут привешены симметрично равные грузы на равных расстояниях. Приняв это, Архимед заменяет произвольное число таких грузов одним, равным сумме их и привешенным в их общем центре тяжести. Таким способом получается условие обратной пропорциональности грузов и расстояний, для соизмеримых отношений, посредством reductio ad absurdum (т. е. доказывая, что противное предположение ведет к невозможному заключению). условие это распространяется и на случай несоизмеримых отношений. Полное решение условий равновесия Р. дано было лишь Леонардо да Винчи, ясно сформулировавшего понятие о статическом моменте сил (см.). В настоящее время вопросы, касающиеся действия сил на Р., сводятся к частным случаям движения твердого тела около неподвижной оси. В курсах физики встречаются еще некоторые термины, связанные с понятием о Р.: «Р. первого рода» — у которого точка опоры расположена между точками приложения сил. «Р. второго рода» — когда обе точки приложения по одну сторону точки опоры. «Ломаный Р.» — у которого линия, соединяющая точку опоры с точками приложения, ломаная, а не прямая. «Чувствительный Р.» служит лишь для точных измерений и основан на том, что конец длинного плеча перемещается во столько раз больше конца короткого, во сколько он длиннее его. Такой Р. употребляется часовщиками для измерения диаметров проволоки и толщины листового металла. по форме он напоминает клещи для гвоздей, но один из длинных концов движется по разделенной дуге, прикрепленной к другому концу, и легкая пружина сдвигает короткие концы до прикосновения. Деления этой дуги не вполне равной длины, так как они должны быть пропорциональны хордам соответственных углов. Иногда конец одного Р. заставляют действовать на конец другого: такой Р. называют «сложным». В. Лермантов.

Рычаг первого рода

Он был показан в предыдущем пункте. Здесь лишь скажем, что для рычага данного вида опора расположена между действующими силами F и R. В зависимости от соотношения длин плеч такой рычаг может применяться как для подъема тяжестей, так и для придания телу ускорения.

Примерами рычагов первого рода являются механические весы, ножницы, гвоздодер, катапульта.

В случае весов мы имеет два плеча одинаковой длины, поэтому равновесие рычага достигается только в том случае, когда силы F и R равны друг другу. Этот факт используется для взвешивания тел неизвестной массы путем сравнения ее с эталонным значением.

Ножницы и гвоздодер — это яркие примеры выигрыша в силе, но проигрыша в пути. Каждый знает, что чем ближе к оси ножниц заложен лист бумаги, тем легче ее отрезать. Наоборот, если попытаться отрезать кончиками ножниц бумагу, то высока вероятность, что они начнут ее «жевать». Чем длиннее ручка ножниц или гвоздодер, тем легче выполнить с помощью них соответствующие операции.

Что касается катапульты, то это яркий пример выигрыша с помощью рычага в пути, а значит, и в ускорении, которое его плечо сообщает снаряду.

Значение слова Рычаг по словарю Ушакова:

РЫЧАГ, рычага, м. 1. Стержень, к-рый может вращаться вокруг точки опоры и служит для уравновешивания большей силы при помощи меньшей (физ., тех.). Плечо рычага. Поднять рычагом. Рычаг — простейшая машина для подъема тяжестей. || Прибор в механизме, устроенный по этому принципу и служащий для регулирования работы (тех.). Рычаги управления в моторе. Рычаг перемены скоростей. Спускной рычаг. Система рычагов. 2. У собак: нога (охот.). Крупный кобель с отличными рычагами. 3. перен. Средство, к-рое возбуждает деятельность в чем-н., приводит в действие что-н. (книжн.)

Я хотел бы обратить ваше внимание на колхозы и особенно совхозы, как на рычаги, облегчающие дело преобразования сельского хозяйства на базе новой техники, производящие у крестьян революцию в головах и помогающие им освободиться от косности, от рутины. Сталин (1928 г.)

Тяжелая промышленность — рычаг социалистической реконструкции.

Что такое правило рычага?

Под этим правилом понимают соотношение между действующими на рычаг силами и соответствующими длинами плеч. Чтобы математически получить его, введем понятие момента силы. Под моментом силы понимают произведение модуля силы на величину плеча силы. Из статики известно, что если сумма моментов всех сил в системе равна нулю, то такая система вращаться не будет.

Рассмотрим, какие силы действуют на рычаг, изображенный выше. В первую очередь это внешняя сила F, которая стремится преодолеть силу R и повернуть рычаг по часовой стрелке. В свою очередь, сила R, которая называется нагрузочной, стремится повернуть плечо против часовой стрелки. Поскольку знак момента силы определяется направлением поворота системы вокруг оси вращения, то силы F и R создают моменты разного знака. В случае равенства нулю их суммы получаем:

Это правило рычага, которое экспериментально обнаружил Архимед в III веке до н. э. Согласно данному правилу, чем большая сила приложена к меньшему плечу, тем меньшую силу следует приложить к большему плечу, чтобы система находилась в равновесии.

Когда рычаг совершает поворот вокруг опоры, то меньшее плечо проходит меньший путь (длину дуги), чем большее плечо. Однако такой поворот происходит, когда на большее плечо действует меньшая сила, чем на меньшее. Если d_R<d_F, тогда F<R, и мы получаем выигрыш в силе. Если же d_R>d_F, тогда F>R, и мы получаем выигрыш в пути.

Правило рычага, которое гласит, что любой выигрыш в пути ведет к пропорциональному проигрышу в силе и наоборот, также называется золотым правилом механики.

Виды рычагов

Выше уже упоминалось, что все рычаги относятся к одному из трех типов. В основе классификации лежит относительное расположение сил R, F и опоры. Охарактеризуем все три типа:

Рычаг 1-го типа, или рода, был показан выше. Опора расположена в нем между силами R и F. В зависимости от длины плеч d_R и d_F его можно использовать как для выигрыша в пути, так и для выигрыша в силе. Примером этого типа рычага являются ножницы, весы, гвоздодер.
Рычаг 2-го рода предполагает, что сила R приложена между опорой и силой F. В таком случае получается выигрыш только в силе. Примерами таких рычагов в быту являются орехокол или ручная тачка.
Рычаг 3-го рода предполагает, что сила F расположена между опорой и грузом R. В этом случае выигрыш возможен только в пути. Использование лопаты, циркуля или удочки для рыбалки — это яркие примеры рычага 3-го рода в работе.

Понятие о вращающем моменте

Понимание принципа работы разного вида рычагов в физике возможно, если изучить вопрос равновесия рассматриваемого механизма, которое тесным образом связано с понятием момента силы.

Момент силы — это величина, которая получается, если умножить силу на расстояние от точки ее приложения до оси вращения. Это расстояние принято называть «плечом силы». Обозначим F и d — силу и ее плечо соответственно, тогда получаем:

Момент силы обеспечивает возможность совершить поворот вокруг данной оси всей системы. Яркими примерами, в которых можно наблюдать момент силы в действии, являются откручивание гаечным ключом гайки или открывание двери за ручку, находящуюся далеко от дверных петель.

Вращающий момент является векторной величиной. В решении задач часто приходится учитывать его знак. Следует запомнить, что всякая сила, вызывающая вращение системы тел против часовой стрелки, создает момент силы со знаком +.

Типы рычагов

Различают рычаги 1 рода, в которых точка опоры располагается между точками приложения сил, и рычаги 2 рода, в которых точки приложения сил располагаются по одну сторону от опоры. Среди рычагов 2 рода выделяют рычаги 3 рода, с точкой приложения «входящей» силы ближе к точке опоры, чем нагрузки, что даёт выигрыш в скорости и пути.

Примеры: рычаги первого рода — детские качели (перекладина), ножницы; рычаги второго рода — тачка (точка опоры — колесо), приподнимание предмета ломом движением вверх; рычаги третьего рода — метла дворника, грабли; задняя дверь багажника или капот легковых автомобилей на гидравлических телескопических упорах, подъём кузова самосвала (с гидроцилиндром в центре), движение мышцами рук и ног человека и животных.

Составной рычаг

Составной рычаг представляет собой систему из двух и более простых рычагов, соединённых таким образом, что выходное усилие одного рычага является входным для следующего. Например, для системы из двух последовательно связанных рычагов, если на входное плечо первого рычага приложена сила F1{\displaystyle F_{1}}, на другом конце этого рычага выходное усилие окажется F2{\displaystyle F_{2}}, и связаны они будут с помощью передаточного отношения:

i1=F1F2{\displaystyle i_{1}={\frac {F_{1}}{F_{2}}}}.

При этом на входное плечо второго рычага будет воздействовать такое же усилие F2{\displaystyle F_{2}}, а выходным усилием второго рычага и всей системы будет F3{\displaystyle F_{3}}, передаточное отношение второй ступени будет равно:

i2=F2F3{\displaystyle i_{2}={\frac {F_{2}}{F_{3}}}}.

При этом механический эффект всей системы, то есть всего составного рычага, будет вычисляться как отношение входного и выходного усилия для всей системы, то есть:

i=F1F3=F1F3F2F2=F1F2F2F3=i1i2{\displaystyle i={\frac {F_{1}}{F_{3}}}={\frac {F_{1}}{F_{3}}}{\frac {F_{2}}{F_{2}}}={\frac {F_{1}}{F_{2}}}{\frac {F_{2}}{F_{3}}}=i_{1}i_{2}}.

Таким образом, передаточное отношение составного рычага, состоящего из двух простых будет равно произведению передаточных отношений входящих в него простых рычагов.

Составной рычаг в общем случае, состоящий из n простых рычагов

Такой же подход решения можно применять и для более сложной системы, состоящей, в общем случае из n рычагов. В этом случае в системе будет присутствовать 2n плеч. Передаточное отношение для такой системы будет вычисляться по формуле:

iC=FR1F(2n−1)−P=FR1F23⋅F23F45⋅…⋅F(2n−2)−(2n−1)F(2n−1)−P=B2B1⋅B4B3⋅…⋅B(2n)B(2n−1){\displaystyle i_{C}={\frac {F_{R1}}{F_{(2n-1)-P}}}={\frac {F_{R1}}{F_{23}}}\cdot {\frac {F_{23}}{F_{45}}}\cdot …\cdot {\frac {F_{(2n-2)-(2n-1)}}{F_{(2n-1)-P}}}={\frac {B_{2}}{B_{1}}}\cdot {\frac {B_{4}}{B_{3}}}\cdot …\cdot {\frac {B_{(2n)}}{B_{(2n-1)}}}},

где:

Bi{\displaystyle \ B_{i}} — это i-ое плечо системы;
F(i−1)i{\displaystyle \ F_{(i-1)i}} — сила, передаваемая с плеча (i-1) на плечо i;
iC{\displaystyle \ i_{C}} — передаточное отношение всей системы.

Как видно из формулы для этого случая также верно, что передаточное отношение составного рычага равно произведению передаточных отношений входящих в него элементов.

Наклонная плоскость.

Как мы знаем, тяжёлую бочку проще вкатить по наклонным мосткам, чем поднимать вертикально. Мостки, таким образом, являются механизмом, который даёт выигрыш в силе.

В механике подобный механизм называется наклонной плоскостью. Наклонная плоскость — это ровная плоская поверхность, расположенная под некоторым углом к горизонту. В таком случае коротко говорят: «наклонная плоскость с углом «.

Найдём силу, которую надо приложить к грузу массы , чтобы равномерно поднять его по гладкой наклонной плоскости с углом . Эта сила , разумеется, направлена вдоль наклонной плоскости (рис. 5).

Выберем ось так, как показано на рисунке. Поскольку груз движется без ускорения, действующие на него силы уравновешены:

Проектируем на ось :

откуда

Именно такую силу нужно приложить, что двигать груз вверх по наклонной плоскости.

Чтобы равномерно поднимать тот же груз по вертикали, к нему нужно приложить силу, равную . Видно, что , поскольку . Наклонная плоскость действительно даёт выигрыш в силе, и тем больший, чем меньше угол .

Широко применяемыми разновидностями наклонной плоскости являются клин и винт.

Принцип работы рычага

Где плечо силы d — это дистанция от опоры рычага до точки действия силы F.

Откуда получаем условие равновесия рычага, полученное еще Архимедом:

Это условие говорит о том, что чем длиннее плечо d_F, тем меньшую силу F следует приложить, чтобы поднять вес R. При этом высота подъема этого веса будет меньше, чем высота, на которую опустится плечо d_F. Таким образом, при d_F>d_R получается выигрыш в силе, но проигрыш в пути. При обратном соотношении плеч получится выигрыш уже в пути, но силу F придется приложить большей величины, чем вес R.

Презентация на тему: » 1.Для чего нужны простые механизмы? 2.Какие виды простых механизмов существуют? 3.Где простые механизмы встречаются в природе? 4.Дают ли простые механизмы.» — Транскрипт:

1. Для чего нужны простые механизмы? 2. Какие виды простых механизмов существуют? 3. Где простые механизмы встречаются в природе? 4. Дают ли простые механизмы выигрыш в силе? 5. Есть ли простые механизмы во мне?

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.

Виды простых механизмов

Рычаги Рычаг-простейшее механическое устройство, представляющее собой твёрдое тело (перекладину),вращающееся вокруг точки опоры. Стороны перекладины от точки опоры, называются «плечами»рычага.

Наклонная плоскость Наклонная плоскость это плоская поверхность, установленная под углом, отличным от прямого и/или нулевого, к горизонтальной поверхности. Наклонная плоскость позволяет преодолевать значительное сопротивление, прилагая сравнительно малую силу на большем расстоянии, чем то, на которое нужно поднять груз.

Блок Блоки Блоки – простые механические устройства, позволяющие изменять силу: либо по направлению, либо по направлению и по модулю. Любой блок представляет собой колесо с жёлобом по окружности, вращающееся вокруг своей оси. Жёлоб предназначен для каната, цепи, ремня и т.п.

Клин Клин простой механизм в виде призмы, рабочие поверхности которого сходятся под острым углом. Используется для раздвижения, разделения на части обрабатываемого предмета. Клин одна из разновидностей механизма под названием «наклонная плоскость».

Ворот Ворот простейший механизм, предназначенный для создания тягового усилия на канате (тросе, верёвке). Синоним простейшей лебёдки.

Винты Винт крепёжное изделие в виде стержня с наружной резьбой на одном конце и конструктивным элементом для передачи крутящего момента на другом. Передающим усилие элементом могут являться различного рода головки, шлицы в торце стержня и т. п. От шурупа винт отличается тем, что не имеет конического сужения на конце и не создаёт резьбу при вкручивании. Винт предназначен для образования резьбового соединения или фиксации.

Башенные краны используются при строительстве высотных домов Рычаги и блоки в устройстве экскаватора

Колесо Колесо́Колесо́ движитель, круглый (как правило), свободно вращающийся или закреплённый на оси диск, позволяющий поставленному на него телу катиться, а не скользить. Широко применяется для транспортировки грузов, повсеместно используется в различных механизмах и инструментах. Модель колеса неизвестного назначения обнаружена при раскопках древней стоянки Сунгирь Владимирской области (25 тыс. лет назад).

Зубчатая передача Зубчатая передача это механизм или часть механизма механической передачи, в состав которого входят зубчатые колёса.

Одноплечий рычаг руки человека Рычаги передней конечности собаки

Сила тяги мышц и связок, прикреплённых к затылочной кости Сила тяжести головы Пример работы рычага – действие свода стопы при подъёме на полупальцы

Короткое плечо рычага стережёт вход в цветок Длинное плечо рычага

«Колющие орудия» многих животных и растений по форме напоминают клин

У кошек рычагами являются подвижные когти У членистоногих – большинство сегментов их наружного скелета

Короткие лапы крота рассчитаны на развитие больших сил при малой скорости У двустворчатых моллюсков простыми механизмами являются створки раковины

Применение условия равновесия рычага при работе с тачкой Применяя условие равновесия рычага, первому человеку легче нести груз, если он находится ближе к плечу

Я проверил на практике: 1. Наклонная плоскость даёт выигрыш в силе во столько раз, во сколько её длина больше высоты. При увеличении крутизны наклонной плоскости выигрыш в силе уменьшается. 2. Так как действие стопы при подъёме тела на полупальцы является примером работы рычага, то я решил оценить свою мышечную силу при ходьбе. Моя мышечная сила при ходьбе 388Н. 3. Выигрыш в силе винта равен 22.

Выводы: нет ни одной семьи, которая не пользуется простыми механизмами; 100 % членов семей пользуются клином (разновидность наклонной плоскости);100% членов семей используют в своей жизни грабли, лопаты, мотыги, кусачки, гвоздодеры, веники и другие инструменты (рычаги).

Выводы: не все учащиеся 7»А» класса могут применять свои знания о рычагах, — некоторые школьники умеют правильно использовать свойства рычагов, хотя им никто этого не объяснял.