Простите лостови механизми са златното правило на механиката. Какво е "Златното правило на механиката"

Нашите партньори

"Златното правило" на механиката и законът за запазване на енергията

Отдавна е минало времето, когато човек трябва да върши всяка работа директно със собствените си ръце. Сега механизмите помагат на хората да повдигат товари, да ги движат по суша, вода и във въздуха, да извършват строителни работи и много други. В зората на развитието на цивилизацията човек използва прости механизми за своята дейност - лост, блок, наклонена равнина, клин, яка. С тяхна помощ са създадени уникални структури, някои от които са оцелели и до днес.

И днес простите механизми се използват широко както сами по себе си, така и като части от сложни механизми.

Когато използвате прости механизми, можете да получите печалба в сила, но със сигурност е придружена от загуба на движение. Възможно е, напротив, да получим печалба в движението, но със сигурност ще загубим в сила.

Архимед установи чрез опит, че когато използваме прости механизми, ние или печелим в сила толкова пъти, колкото губим в изместване, или печелим в изместване толкова пъти, колкото губим в сила.

Това твърдение е наречено "златното правило" на механиката. Най-ясно е формулиран от Галилей, като уточнява, че е валиден, когато триенето може да се пренебрегне.

Дълго време „златното правило“ на механиката се смяташе за „независим“ закон на природата. И едва след откриването на закона за запазване на енергията стана ясно, че "златното правило" на механиката е едно от проявленията на закона за запазване на енергията:

когато използвате всеки прост механизъм, не можете да получите печалба в работата.

От закона за запазване на енергията следва много по-общо твърдение относно всякакви механизми - не само прости, но и произволно сложни: невъзможно е съществуването на така наречения "вечен двигател", чиято цел би била да извършва работа завинаги без консумация на енергия.

Омръзна ли ви да търсите подходящи записки, лекции и семинари? Тогава сте попаднали на най-полезния сайт в бранша! Събрахме най-добрите методически учебни материали във всички области на обучение: география, биология, физика, химия, история, философия, психология, икономика, политически науки и др. Желаем ви най-високи оценки и успех при полагане на тестове и изпити. Късмет!

Златното правило на механиката

Вече знаете, че лостовете, блоковете и пресите ви позволяват да натрупате сила. Дали обаче такава печалба се дава „безплатно“? Разгледайте чертежа. Ясно показва, че при използване на лоста по-дългият му край изминава по-голямо разстояние. Така, след като получихме печалба в сила, получаваме загуба в разстояние. Това означава, че повдигайки голям товар с малка сила, ние сме принудени да направим голямо преместване.

Още древните са знаели правило, което важи не само за лоста, но и за всички механизми: колко пъти механизмът дава печалба в сила, толкова пъти води до загуба на разстояние. Този закон се нарича "златното правило" на механиката.

Нека сега го илюстрираме с примера на подвижен блок. Нека сега се опитаме да го потвърдим не само от качествена гледна точка, но и от количествена. За да направите това, нека направим експеримент. Нека, например, имаме товар с тегло 10 N. Закачете го за куката на подвижния блок и започнете да го повдигате. Тъй като блокът е подвижен, това ще ни даде увеличение на силата 2 пъти, тоест динамометърът, закрепен на конеца, ще показва не 10 N, а само 5 N. Да кажем, че искаме да вдигнем товара на височина 4 метра (да речем, в прозореца на вторите етажи). Извършвайки това действие, ще установим, че сме изтеглили не 4, а цели 8 метра въже през прозореца. И така, след като спечелихме два пъти в сила, ние загубихме в разстоянието със същия брой пъти.

„Златното правило“ на механиката важи не само за механизми, състоящи се от твърди тела. В предишния параграф разгледахме механизъм, напълнен с течност - хидравлична преса.

Нека направим едно важно наблюдение. Разгледайте снимката. Като спуснем дръжката на малкото бутало до определена височина, откриваме, че голямото бутало се издига на по-ниска височина. Тоест, получавайки печалба в сила, получаваме загуба в разстояние.

Ако експериментът с пресата е настроен по такъв начин, че силите, действащи върху буталата, и преместванията на буталата могат да бъдат измерени, тогава ще получим и количествено заключение: малкото бутало се движи на разстояние толкова пъти по-голямо от голямото бутало се движи, колко пъти силата, действаща върху по-голямо бутало, повече сила, действаща върху по-малко.

Последното равенство означава, че работата, извършена от малка сила, е равна на работата, извършена от голяма сила. Това заключение се отнася не само за пресата, но и за всеки друг механизъм, ако не се вземе предвид триенето. Следователно, обобщавайки, ще кажем: използването на какъвто и да е механизъм не ви позволява да получите печалба в работата; това означава, че ефективността на всеки механизъм не може да бъде повече от 100%.

Технологична карта на урока "Златното правило на механиката" с презентация

Възползвайте се от до 60% отстъпка за курсове по Infourok

WRL3982.tmp 1,37 MB

Към урока Златното правило на механиката.ppt

Описание на презентацията на отделни слайдове:

Китайска поговорка „Кажи ми и ще забравя, покажи ми и ще запомня, нека опитам и ще разбера“ Автор Боркова Т.Б., учител по физика, Лицей № 1, Тутаев

За повдигане на същия товар се използват две системи от блокове. С каква сила трябва да се изтегли краят на въжето във всеки случай, за да се повдигне товар, чието тегло е 250 N? (теглото на блока не се взема предвид)

Каква сила F2 трябва да се приложи към лоста в точка А, за да се повдигне товарът и лостът да остане в равновесие? Тегло на товара 6 кг (не се взема предвид теглото на лоста). 2

Възможно ли е да се получи печалба в работата с помощта на прост механизъм?

"Златното правило" на механиката Нито един от механизмите не дава печалба в работата. Колко пъти побеждаваме в сила, колко пъти губим по пътя.

С помощта на подвижен блок товарът е повдигнат на височина 1,5 м. На колко време е изтеглен свободният край на въжето?

Дължината на наклонената равнина е 3 м, а височината е 1 м. Каква е най-голямата печалба в сила, която може да се получи чрез повдигане на товар с помощта на тази равнина?

С помощта на неподвижен блок товарът е повдигнат на височина 2 м. Колко дълго е бил изпънат свободният край на въжето?

1. Кое от следните твърдения е правилно? A. Фиксираният блок дава печалба в работата и не дава печалба в силата. Б. Подвижният блок не дава печалба нито в работата, нито в силата. C. Нито неподвижен блок, нито подвижен дават печалба в работата D. И фиксираният блок, и подвижният дават печалба в работата и силата

2. Работникът, прилагайки сила F = 500 N, повдигна товара с помощта на подвижен блок на височина 6 м. Каква е работата на приложената сила? Игнорирайте силите на триене. А) 6000J; B) 1200 J; В) 600J; D) 9600J.

А) 0,2 N; B) 1,2 N; В) 2 N; Г) 12 N. 3. Каква е силата, с която ученикът издърпва равномерно тялото нагоре по наклонената равнина, ако приемем, че силата на триене е пренебрежимо малка? F нишка H l, m h, m F 5 1 0,4 ?

A) 1 800 J B) 900 J C) 450 J D) 100 J

Проверете сами 1. B) Нито неподвижен блок, нито подвижен дават печалба в работата 2. A) 6000 J; В) 2 N; B) 900 Дж

При повдигане на товар на височина 2 m с помощта на подвижен блок е извършена работа 1800 J. Каква е масата на товара?

Домашна работа §60, упражнение 31(2), За желаещите: задача 19 стр.150

Избран документ за прегледКарта на урока Златното правило на механиката Боркова Т.Б..док

Технологична карта на изграждането на урока
при системно-деятелен подход

учител по физика Боркова Т.Б.

MOU лицей № 1 на Тутаев, Ярославска област

Предмет, клас, учебни материали

Физика, 7 клас, методи на обучение Peryshkin A.V.

"Златното правило на механиката"

1) използвайки експерименталния метод на изследване, да формира у учениците концепцията за полезна и пълна работа, да постигне усвояването на "златното правило" на механиката;
2) да се формира способността да се прилага "златното правило" на механиката при решаване на проблеми.

3) да консолидират знанията за етапите на образователната дейност и тяхното съдържание, да тренират способността за самостоятелно изпълнение на образователни дейности под ръководството на учител.

4) тренирайте умствени операции: анализ, синтез, сравнение, обобщение, развивайте речта, логическото мислене.

Планирани резултати от обучението

Лична : да се формира познавателен интерес, независимост при придобиване на нови знания и практически умения.

Предмет: да формират умение за извеждане на физични закони и правила от експериментални факти;

развитие на теоретично мислене, основано на формирането на способността за установяване на факти, развитие, способност за анализиране, сравняване, правене на изводи;

способността за решаване на физически проблеми при прилагане на отворено правило;

да формират комуникативни умения да докладват за резултатите от своите изследвания, да отговарят кратко и точно на въпроси.

Метасубект : формиране на умения за организиране на учебни дейности, поставяне на цели, планиране и оценка на резултатите от дейността им;

развитие на речта, способността да изразявате мислите си;

да формират способността за обработка и представяне на информация в словесна и символна форма;

развитие на умения за работа в група.

Вид на учебните пособия и оборудване, използвани в урока

Лабораторно оборудване: лост, блокове, комплекти 1N тежести, динамометри, стативи, линийка и ролка от трибометър.

Мултимедиен проектор, компютър.

Етап 1.Организационни. Самоопределение към дейност

мотивиране на учениците за учебни дейности в класната стая

Методи и техники на работа

Слушайте, участвайте в разговора

- Момчета, епиграфът на днешния ни урок ще бъде китайската поговорка „Кажи - и аз ще забравя, покажи - и ще запомня, нека опитам - и ще разбера“ ( слайд 1) ,

тъй като трябва да работите в групи, провеждайте експерименти. Успехът на целия урок ще зависи от успеха на работата на всяка група.

А сега се опитайте да отговорите на въпросите ми и да изпълните предложените ви задачи.

- учебно-познавателна мотивация (L);

Етап 2.Актуализиране на знанията и отстраняване на затруднения в дейностите

1. подготовка на учениците за откриване на нови знания;

2. изпълнение от ученици на пробно учебно действие; 3. фиксиране на индивидуална трудност.

Методи и техники на работа

Участвайте в разговор, отговаряйте на въпроси, давайте примери, решавайте качествени задачи, работете с текста на учебника

Организира диалог, насочен към актуализиране на знания, достатъчни за изграждане на нови знания:

- Каква е целта на използването на прости механизми?

(- С помощта на прости механизми те извършват механична работа и в същото време получават печалба в сила или разстояние)

- Дайте примери, когато с помощта на прост механизъм се получава печалба в разстоянието.

- Дайте примери, когато с помощта на прост механизъм се получава печалба в сила;

- За повдигане на един и същи товар се използват две системи от блокове. С каква сила трябва да се изтегли краят на въжето във всеки случай, за да се повдигне товар, чието тегло е 250 N? (теглото на блока не се взема предвид).

F2-?

(-– В първата система от блокове се използва подвижен блок. Той дава увеличение на силата 2 пъти, следователно силата, приложена към въжето, е 125 N. Във втората система от блокове и двата блока са неподвижни, те не дават печалба в сила, което означава, че силата, приложена към въжето в този случай е равна на 250 N)

Каква е целта на фиксирания блок?

(- Служи за промяна на посоката на силата)

– Каква е големината на силата F 2, която трябва да се приложи към лоста в точка А, за да се повдигне товарът и да се поддържа лостът в равновесие? Тегло на товара 6 кг (не се взема предвид теглото на лоста).

ОТ лежи 3

(- - Теглото на товара е 60 N, а желаната сила е 20 N, т.к този ливъридж дава увеличение на силата 3 пъти).

– Защо в разглежданите задачи се използват прости механизми?

(-– За извършване на работа: повдигнете тялото на известна височина и в същото време получите печалба в сила или променете посоката на силата)

- Момчета, когато използват механизми, те правят разлика между полезна и пълна (отработена) работа. Намерете, използвайки текста на учебника (параграф 61, стр.150),какъв вид работа се нарича полезна, как се обозначава?

(- Полезна работа е работата по вдигане на товар или преодоляване на някакво съпротивление. Означава се с A p)

(- Необходимо е да се умножи силата на гравитацията, действаща върху тялото, по височината на повдигане.)

- Намерете с помощта на теста от учебника (параграф 61, стр. 150 ) , каква работа се нарича изразходвана, как се обозначава?

(- Работата, която силата, приложена към механизма, се нарича обща или изразходвана. Означава се с A z.)

- В задачите, разгледани в началото на урока, каква сила извършва пълната работа?

(- Пълната работа се извършва от силата F 2, която се прилага към въжето или лоста за повдигане на товара)

(- Необходимо е да се умножи модулът на сила F 2 по пътя, който преминава точката на прилагане на тази сила)

- Какъв друг прост механизъм може да се използва за повдигане на тялото на желаната височина, набирайки сила?

(-– Можете да използвате наклонена равнина, тя също дава печалба в сила)

- Работата на каква сила в този случай е пълна работа?

(-– Работата на силата F 2, която е приложена към пръта)

(- Умножете големината на гравитацията по височината на наклонената равнина)

- В началото на урока си спомнихме, че простите механизми дават печалба в сила или разстояние. Възниква въпроса:(слайд 7) механизмите дават ли печалба в работата, т.е. може ли пълната работа да бъде по-малко полезна?

Учениците изразяват различни мнения.

- мотивационна основа на учебната дейност (L);

— структуриране на знания (P);

- изграждане на логическа верига от разсъждения (P);

- доста пълно и точно изразяване на мислите в съответствие със задачите и условията на комуникация (K);

- съзнателно и произволно изграждане на речево изявление в устна реч, (P);

- дефинирайте понятията (P)

- овладяване на основите на уводното, търсещо четене (P)

Етап 3. Постановка на учебната задача

Определете местоположението и причината за проблема

накарайте учениците да формулират темата и целта на урока

Методи и техники на работа

Метод на въвеждащия диалог

Участвайте в диалог, идентифицирайте мястото и причината за затруднението, формулирайте темата и целта на урока.

Организира диалог, водещ до темата и целта на урока:

Колко мнения имаме в класа?

- Та какъв е въпросът?

(- Кой от нас е прав? Простите механизми дават ли печалба в работата?) учебен проблем като въпрос

И така, каква е целта на нашия урок? На какъв въпрос търсим отговор?

(- Ще разберем дали е възможно да се получи печалба от работа с помощта на прости механизми?)

- поставяне на учебна задача в сътрудничество с учителя (R);

- образователен и познавателен интерес (L);

- постановка и формулиране на проблема (П);

- отчитане на различни мнения, координиране на различни позиции в сътрудничество (К);

- формулиране и аргументиране на вашето мнение и позиция в комуникацията (C)

- поставяне на когнитивна цел (П);

Етап 4.Откриване на нови знания

Изградете и реализирайте проект от образователни дейности, насочени към постигане на целта.

Използвайте конструирания метод на действие, за да разрешите първоначалния проблем, който е причинил трудност.

Изяснете общия характер на новите знания и фиксирайте преодоляването на възникналата по-рано трудност

Методи и техники на работа

Водещ диалог, фронтален експеримент

Студентите в комуникативна форма обмислят проекта за бъдещи образователни дейности: те формулират целта на експеримента, изготвят план на експеримента, избират необходимото оборудване, предлагат изглед на таблица за записване на резултатите от експеримента.

Те работят в групи, като използват изследователския план, който се дава на всеки ученик в групата, като правят всички необходими бележки в този план.

Те докладват за проведените изследвания и резултатите от тях. Правят си изводи. Формулирайте темата на урока.

С помощта на въвеждащ диалог помага на учениците да изградят и реализират проект от образователни дейности, насочени към реализиране на целта:

- Как можете да получите отговор на този въпрос?

(-– С помощта на опита е необходимо да се определи полезната и пълна работа, извършена при използване на който и да е механизъм, и да се сравнят)

- Какви механизми ще изследваме, какви измервателни уреди ще са необходими?

(- Ще изучаваме лост, блокове, наклонена равнина. Ще ви трябва динамометър за измерване на силите и линийка за измерване на пътя)

– Как могат да се записват резултатите от измерването?

(– С помощта на таблица) Предоставя изглед на таблица.

– Работейки в групи, всяка група ще изследва един от механизмите, използвайки плана за изследване.

Наблюдава работата на групите, отговаря на въпроси на студентите, ако имат такива по време на обучението.

Организира групов отчет за свършената работа:

- И така, какво общо заключениеможе ли да се направи въз основа на вашия опит?

(-– Нито един от механизмите не дава печалба в работата)

Как може това да се напише с формула?

Напишете този израз с пропорция.

- Формулирайте полученото правило.

(- Нито един от механизмите не дава печалба в работата. Колко пъти печелим в сила, колко пъти губим в разстояние)

– Това правило се нарича „златното правило“ на механиката. Той е бил известен още на древните учени и е приложим за всички механизми, тъй като всяка сложна машина е комбинация от прости механизми. Слайд 8

Сега познайте темата на днешния урок.

- съзнание за отговорност за общото дело (L);

- анализ, синтез, сравнение, обобщение (P);

- волева саморегулация (Р);

— когнитивна инициатива (P);

- самостоятелно създаване на алгоритми за дейност (P);

- самостоятелно създаване на начини за решаване на проблеми от творчески характер (P);

— управление на поведението на партньора (K);

- планиране на образователно сътрудничество (C);

- адекватно използване на речеви средства за решаване на комуникационни проблеми (K)

- способността да се обработва информация и да се представя в символна форма. (P)

- способността да се анализира и обработва получената информация в съответствие със задачите (P)

– планиране и организация на дейностите (P)

- развитие на монологична и диалогична реч, способността да изразявате мислите си и умението да слушате събеседника (K)

— Формиране на умения за работа в група (K)

Етап 5.Първично закрепване

Затвърдете правилото „отворено“ чрез решаване на качествени проблеми

Методи и техники на работа

Разговор, фронтална работа на учениците

учениците решават качествени задачи по "отвореното" правило с произнасяне на алгоритъма за решение на глас

Организира решаването на проблеми според правилото "отворено":

1. С помощта на подвижен блок товарът беше повдигнат на височина 1,5 м. Колко дълго беше изпънат свободният край на въжето?

(-– Този блок дава увеличение на силата 2 пъти, което означава, че те губят в разстоянието със същото количество, въжето се изтегля 3 м)

2. Дължината на наклонената равнина е 3 м, а височината е 1 м. Каква е най-голямата печалба в сила, която може да се получи чрез повдигане на товара с помощта на тази равнина?

(- Те губят по разстояние три пъти, което означава, че печелят по сила със същия брой пъти)

3. С помощта на неподвижен блок товарът беше повдигнат на височина 2 м. Колко дълго беше изпънат свободният край на въжето?

(- Този блок не дава печалба в сила, което означава, че няма загуба на разстояние. Въжето се изтегля на 2 m)

- волева саморегулация (Р);

- изграждане на речеви изявления (P);

- извеждане на последици (П);

— развитие на монологична и диалогична реч, способност за изразяване на собствените си мисли и способност за слушане на събеседника (К);

- способността за съзнателно изграждане на словесно изявление в устна форма (P);

- установяване на причинно-следствени връзки, изграждане на логическа верига от разсъждения (P)

Етап 6.Самостоятелна работа със самопроверка по стандарт. Интроспекция и самоконтрол

Да се ​​определи степента на усвояване от студентите на "златното" правило на механиката в момента

Методи и техники на работа

индивидуална самостоятелна работа на учениците

самостоятелно изпълняват тестови задачи и извършват самопроверката си, сравнявайки със стандарта

Организира самостоятелната работа на студентите с теста (Слайдове 12-15) и самооценка на изпълнението на теста чрез предлагане на учениците слайд16 с верните отговори, открива кои задачи са предизвикали трудности при изпълнението.

- развитие на етични чувства и регулатори на моралното поведение (L);

- анализ, сравнение (P);

- самостоятелно разглеждане на избраните точки за действие в новия учебен материал (P);

- използването на знаково-символични средства (P);

- волева саморегулация (Р);

- осъществяване на самоконтрол по резултата и по начина на действие (P);

- независима адекватна оценка на правилността на резултатите от действието, извършване на необходимите корекции (P).

Етап 7.Включване на нови знания в системата от знания и повторение

Затвърдете правилото „отворено“ чрез задача, в която нов курс на действие е предвиден като междинна стъпка.

Методи и техники на работа

Диаложен метод, фронтална работа на учениците

Фронтално изпълнение на задача, в която нов начин на действие е предвиден като междинна стъпка.

Кажете как са свършили работата. Те съставят решение на задачи на дъската и в тетрадки, коментират решението.

Предлага задача, в която като междинна стъпка се предвижда нов ход на действие.
Слайд 17
При повдигане на товар на височина 2 m с помощта на подвижен блок е извършена работа 1800 J. Каква е масата на товара?

- анализ, синтез, сравнение (P);

- използването на знаково-символични средства (P);

- използването на общи методи за решаване на проблеми (P);

- изграждане на речеви изявления (P)

- задаване на въпроси (К);

Етап 8.Отражение на дейността (резултатът от урока)

За фиксиране на новото съдържание, изучавано в урока, рефлексия и самооценка от учениците на собствените им учебни дейности.

Съотношение на целта на образователната дейност и нейния резултат, определяне на степента на тяхното съответствие.

Методи и техники на работа

Те отговарят на въпроси, съпоставят целта и резултатите от своите учебни дейности и фиксират степента на тяхното съответствие.

Организира отразяване и самооценка от учениците на учебната им дейност в класната стая.

Постигнахме ли поставената цел в началото на урока?

- Как постигна това?

Какво е правилото, което открихте?

- Какво научихте да определяте с помощта на това правило?

Доволни ли сте от работата си в клас?

- вътрешната позиция на ученика (L);

- самооценка по критерия успех (L);

- отразяване на методите и условията на действие (П);

- адекватно разбиране на причините за успех или неуспех в образователните дейности (L);

— контрол и оценка на процеса и резултатите от дейностите (P);

Окончателен контрол, дебрифинг

Учителят оценява работата на учениците в урока. Дава домашна работа

§ 60, упражнение 31 (2). За желаещите: задание 19 стр. 150

План за проучване на лоста.

Посочете целта на изследването ……………..

Закачете от едната част на лоста например 3 тежести, а от другата 1 тежест, постигнете баланс на лоста.

О
наклонете лоста за вертикална равнина и измерете пътя, изминат от точките на прилагане на гравитацията.

Изчислете полезната и общата работа. Запишете резултатите от измерванията и изчисленията в таблицата:

Определение на златното правило на механиката

ТЕМА 3. РАБОТА И МОЩНОСТ

Студентите трябва да научат, че:

♦ простите механизми не дават печалба в работата: Fs = F 1 s 1 .

Студентите трябва да научат:

♦ намерете силата, с която да въздействате върху блок или система от блокове в конкретна ситуация;

♦ установява "златното правило" на механиката;

♦ формулирайте ефективността на лоста.

„Златното правило“ на механиката

ПЗ 11. От какво и как зависи ефективността на лоста?

U. Необходимо е да се предположи от какви фактори може да зависи ефективността на лоста, за да се провери експериментално зависимостта от всеки фактор. След това проучете вида на зависимостта.

P. Създадохме определен запас от знания за лоста, така че ще се опитаме да решим теоретично проблема с ефективността, тоест да изведем формула и след това да проведем нейната експериментална проверка. (Записва метода на решение.) Ще изведа формулата за коефициента на полезно действие на лоста.

Определяща формула за ефективност

Полезната работа е работата на силата F за преместване на товара на разстояние s. Полезна формула за работа: A p \u003d Fs.

Изразходваната работа е работата на силата F 1 за преместване на лоста с товара на разстояние s 1. Формулата за изразходваната работа: A s \u003d F 1 s 1.

Тогава ефективността на механизма

Печалба в ливъридж

Връзката между s и s 1 може да бъде изразена чрез l и l 1 от подобни триъгълници. (Щрихова триъгълници - вижте "Изглед на таблото.") или 100%. Как това заключение се съгласува с експерименталните данни?

U. Ефективността на който и да е механизъм е по-малка от 1, изводът е в противоречие с опита.

Помислете защо действително изразходваната работа е по-полезна? Имате 1 мин. (Ако учениците се затрудняват да идентифицират причините, насочете ги към втория параграф на § 24 от учебника.)

У. Не взехме предвид, че трябва да се премести самият лост, тоест не взехме предвид силата на тежестта на лоста, както и силата на триене между опората и твърдото тяло. Необходимо е върху лоста да се въздейства със сила, която балансира не само силата F, но и силата на триене. Това означава, че изразходваната работа винаги ще бъде по-полезна.

П. Нека запишем това обяснение.

Сега нека формулираме отговора. Каква е формулата за изчисляване на ефективността на лоста в реална ситуация?

П. Получихме два резултата. Първо, теоретичното заключение, че лостът не може да даде печалба в работата. Ако загубите не се вземат предвид, тогава A p \u003d A 3 или Fs \u003d F 1 s 1. Колко пъти печелим в сила, колко пъти губим в разстояние. Това заключение се отнася за всички прости механизми и се нарича "златното правило" на механиката. Нека го запишем.

Второ, за реален ливъридж

1 Можете веднага да зададете задачата „Защо ефективността на механизмите е по-малка от 1?“ Тогава материалът в квадратни скоби може да бъде пропуснат. Трябва обаче да се помни, че тогава ще има трудности с извеждането на формули за ефективност в следващия урок.

Златното правило на механиката

Този видео урок е достъпен чрез абонамент

Имате ли вече абонамент? Да вляза

С помощта на този видео урок можете самостоятелно да изучавате темата "Златното правило на механиката". Ще научите как е формулирано "златното правило" на механиката и каква е същността на това правило. Разгледайте закона за баланса на лоста и научете как се прилага към блоковете. Запознайте се с експерименталното потвърждение на това правило.

История на златното правило на механиката

Когато хората започнаха да използват блокове, лостове, порти, те откриха, че движенията, направени по време на работата на прости механизми, се оказаха свързани със силите, развивани от тези механизми.

Това правило в древността е формулирано по следния начин: това, което придобиваме в сила, губим по пътя. Тази разпоредба е обща, но много важна и е получила името на златното правило на механиката.

Доказателство за златното правило на механиката

Уравновесяваме лоста с помощта на две сили с различен модул. Рамо l 1силата действа Е 1 , на рамото l 2силата действа Е 2 , под действието на тези сили лостът е в равновесие.След това привеждаме лоста в движение. В същото време точката на прилагане на силата Е 1 ще премине пътя S 1, и точката на прилагане на силата Е 2 ще премине пътя S 2 (фиг. 1).

Ако измерим модулите на тези сили и пътищата, изминати от точките на приложение на силите, тогава получаваме равенството: .

От това равенство виждаме колко пъти се различават силите, приложени към лоста, и пътищата, направени от точките на прилагане на силата, ще се различават със същия брой пъти обратно.

Използвайки свойствата на пропорцията, превеждаме този израз в друга форма: - произведението на силата F 1 по пътя S 1 е равно на произведението на силата F 2 по пътя S 2. Продуктът на силата по пътя се нарича работа, в този случай работата е равна на A 1 \u003d A 2. Лостът не дава печалба в работата, същото заключение може да се направи за всеки друг прост механизъм.

Златното правило на механиката: никой механизъм не дава печалба в работата. Печелейки в сила, губим на пътя и обратно.

Златното правило на механиката, приложено към блокове

Помислете за фиксиран блок. Фиксираме блока в оста и прикрепяме две тежести към въжетата на блока, след това преместваме една тежест надолу, тежестта, преместена надолу, измина разстоянието S, а тежестта, която се премести нагоре, измина същото разстояние S.

Силите са равни, пътищата, изминати от телата, също са равни, което означава, че работата също е равна и неподвижен блок не дава печалба в работата.

Помислете за движещ се блок. Фиксираме единия край на въжето, прекарваме го през подвижния блок и прикрепяме другия край към динамометъра, окачваме товари от блока. Отбележете позицията на тежестите върху триножника, повдигнете тежестите на разстояние S 1, също маркирайте и се върнете в първоначалната им позиция, сега маркирайте позицията на куката на динамометъра върху статива. Отново повдигаме товарите на разстояние S 1 и отбелязваме позицията на куката на динамометъра в този случай (фиг. 2).

За да се повдигне товарът до височина S 1, е необходимо да се издърпа въжето, което е почти два пъти по-различно от разстоянието, което товарът е изминал. Подвижният блок дава печалба в сила, но в работата не дава, колко пъти печелим сила, колко пъти губим по пътя.

Пример за решение на проблем

Състояние. С помощта на подвижен блок товарачът повдигна кутията с инструменти на височина S 1 = 7 m, прилагайки сила F 2 = 160 N. Каква работа е извършил товарачът A 2?

За да си намерите работа се нуждаете от следното: .

S 2 - количеството движение на въжето.

Колко пъти печелим в сила, колко пъти губим по пътя, следователно, тогава.

Отговор: работата, извършена от товарача, 2,24 kJ.

Заключение

Вековната практика доказва, че нито един прост механизъм не дава печалба в работата; възможно е, набирайки сила, да загуби по пътя и обратно - в зависимост от условията на проблема, който трябва да се реши.

1. Лукашик В.И., Иванова Е.В. Сборник от задачи по физика за 7-9 клас на учебните заведения. – 17-то изд. - М .: Образование, 2004.
2. Перишкин А.В. Физика. 7 клетки - 14-то изд., стереотип. – М.: Дропла, 2010.
3. Перишкин А.В. Сборник задачи по физика, 7–9 клас: 5 изд., стереотип. - М: Издателство "Изпит", 2010 г.

Домашна работа

1. Защо да използвате прости механизми, ако те не дават печалба в работата?
2. С лост се повдига тежест от 200 kg. До каква височина е повдигнат товарът, ако силата, действаща върху дългото рамо на лоста, е извършила работа 400 J.
3. С помощта на подвижен блок товарът е повдигнат с 3 м. Докъде е трябвало да се издърпа свободният край на въжето?

Интересно е:

• Как да кандидатствате за патент за интелектуална собственост през 2018 г. Патентът за интелектуална собственост за 2018 г. е предназначен да улесни малките предприятия при воденето на записи. При тази система на данъчно облагане не се изисква попълване на голям брой документи. Процедурата е проста и разбираема дори за начинаещи бизнесмени. Патент за […]
• Формуляр за заявление за акт за раждане Формуляри на формуляри за държавна регистрация на актове за гражданско състояние Формуляр № 1 Декларация за раждане от родителите Формуляр № 2 Декларация за раждане от майка Формуляр № 3 Заявление за въвеждане на информация за бащата на детето в […]
• Начини за плащане на издръжка Движението на издръжката от платеца към получателя се оформя като отделна клауза както в доброволно споразумение за изплащане на средства, така и в изпълнителен лист или съдебна заповед, ако плащанията се събират принудително. Освен това и платецът, и получателят са едни и същи в [...]
• Работа Московска шивачка с настаняване Частна детска градина Le Chat Botte Москва Шивачка-кроячка Частна детска градина Le Chat Botte Москва Шивачка с настаняване Бруто/година: 50 000 rub. Шивачка Бруто/година: 50 000 рубли Шивачка на живо Шивашко производство Москва Брутно/годишно: 50 000 […]
• Прокуратурата на Република Беларус Надзор за точното и еднакво изпълнение на закони, укази, укази, нормативни актове: възлага се на главния прокурор на Република Беларус и прокурорите, подчинени на него. Прокуратурата (член 125 от Конституцията на Република Беларус): провежда […]
• Удостоверение за заплати от мястото на работа Може да се нуждаете от удостоверение за заплати от мястото на работа за различни цели - до Пенсионния фонд за изчисляване и начисляване на пенсии, за центъра по заетостта, за получаване на различни обезщетения и субсидии. И понякога има препятствия. Ти […]
• Установяване на допълнително заплащане на служителите за увеличаване на обема на работа Работодателят има право да възложи на служителя допълнителна работа. За него се установява допълнително плащане, което трябва да бъде съставено в съответствие с нормативните актове. Увеличаване на обхвата на работата в съответствие с Кодекса на труда на Руската федерация Увеличаване на обхвата на […]
• ЗАЩО НАШИТЕ БЛОКОВИ КЪЩИ СА ПО-ДОБРИ ОТ ЕВТИНИТЕ КЪЩИ? Основата се изчислява въз основа на резултатите от геоложкото изследване на почвата, определянето на носещата способност, величината на силите на издигане на замръзване, изчисляването на натоварванията от теглото на сградата, максималното възможно натоварване върху подове и […]

Работа и енергия Механична работа и мощност Какво е работа и мощност от гледна точка на физиката? Как да ги изчислим? Какви са приликите и разликите между понятията "работа" и "мощност" в живота и във физиката Прости механизми Какво е "златното правило" на механиката? Има ли златни правила в живота? Какви механизми се използват за улесняване на работата? Как да изчислим коефициента на полезно действие Енергия Какви са приликите и разликите между физическата концепция за "механична енергия" и общата концепция за "енергия"? Какви са видовете механична енергия? Какви примери за трансформация на един вид енергия в друг знаете?
Механична работа и мощност1. Механична работа \u003d продукт на сила върху пътя.
2. Механична работа може да се извърши само когато тялото се движи под действието на сила, като силата трябва или да насърчава движението, или да го възпрепятства.
Работата е положителна, когато силата е насочена по посока на движението на тялото. Иначе работата е отрицателна.
3. Силата е скоростта на извършване на работа.
Мощността показва колко работа се извършва за единица време.
Прости механизми 4. "Златното правило" на механиката: ако при извършване на работа те печелят сила няколко пъти, тогава губят в разстоянието със същия брой пъти.
Механизми (лост, порта, наклонена равнина) - устройства, които ви позволяват да преобразувате силата.
5. Лост - твърдо тяло с ос на въртене.
Правилото за равновесие на лоста е следното: лостът е в равновесие, когато моментът на силата, която го върти по посока на часовниковата стрелка, е равен на момента на силата, въртяща лоста обратно на часовниковата стрелка.
Рамото на силата = разстоянието от оста на въртене до правата линия, по която действа силата.
Силов момент = произведение на сила върху нейното рамо.
6. Блокът е колело с жлеб, в който се прекарва кабел (верига, колан, въже).
Неподвижният блок променя само посоката на силата, докато подвижният блок все още дава двойно увеличение на силата.
7. Коефициент на ефективност (COP) = отношението на полезна работа към пълна.
При използване на механизъм общата извършена работа винаги е по-голяма от полезната работа. С други думи, ефективността винаги е под 100%.
Енергия 8. Енергията е способността да се извършва работа.
Колкото по-голяма е енергията на тялото, толкова повече работа може да извърши.Когато се работи, енергията на тялото намалява.
9. Кинетичната енергия е енергията на движение на тяло или система от тела.
Колкото по-голяма е масата и скоростта на дадено тяло, толкова по-голяма е неговата кинетична енергия.
10. Потенциалната енергия е енергията на взаимодействие на тела (или части от едно тяло) в зависимост от взаимното им разположение.
Потенциалната енергия на тяло с маса m, повдигнато на височина h, е равна на произведението mgh.
11. Механичната енергия може да се прехвърля от една форма в друга.

Механизмът във физиката е устройство за трансформиране на сила (нейното увеличаване или намаляване). Например, прилагайки малка сила на едно място на механизма, можете да получите много по-голяма сила на друго място.

Вече се запознахме с един вид механизъм: това е хидравлична преса. Тук разглеждаме така наречените механизми с прост лост и наклонена равнина.

17.1 Лост

Лостът е твърдо тяло, което може да се върти около фиксирана ос. На фиг. петдесет

От тази връзка следва, че лостът дава полза
риш по сила или по разстояние (в зависимост от това как
цел се използва) толкова пъти, колкото боли
рамото на врата е по-дълго от по-малкото.
Например, за да повдигнете товар с тегло 100 N		Ориз. 50. Лост

700 N, трябва да вземете лост със съотношение на рамото 7: 1 и да поставите товар върху късото рамо. Ще спечелим по сила със 7 пъти, но ще загубим със същия брой пъти

в разстояние: краят на дългото рамо ще опише 7 пъти по-голяма дъга от края на късото рамо (тоест натоварването).

Примери за лост, който дава печалба в сила са лопата, ножица, клещи. Веслото на гребеца е лост, който дава печалба в разстоянието. А обикновените везни за баланс са лост с равно рамо, който не дава печалба нито в разстояние, нито в сила (в противен случай те могат да се използват за претегляне на купувачите).

		Фиксиран блок
	Важен тип лост е подсилен блок
	колело в клетка с жлеб, през който се прекарва въже
	ка. В повечето задачи въжето се счита за безтегловно
	тежка нишка.
	На фиг. 51 показва фиксиран блок, т.е. блок с не-
	подвижна ос на въртене (минаваща перпендикулярно на равнината
	изчертаване на кости през точка О).
	Товар с тегло P е фиксиран в десния край на резбата в точка D.
	Спомнете си, че теглото на тялото е силата, с която тялото натиска
	поддържайте или разтягайте окачването. В този случай се прилага теглото P
	съпруги до точка D, където тежестта е прикрепена към конеца.
	Сила F се прилага към левия край на резбата в точка C.
			Ориз. 51. Фиксиран блок
	Рамото на силата F е OA = r, където r е радиусът на блока. Рамо
	теглото P е равно на OB = r. Така че фиксираният блок е
	равнораменен лост и следователно не дава печалба нито в сила, нито в разстояние: първо,

	имаме равенството F = P , и второ, в процеса на движение на товара и нишката, движението на точката C
	равно на движението на товара.
	Защо тогава изобщо е необходим фиксиран блок? Полезно е с това, че ви позволява да променяте
	посока на усилието на резбата. Обикновено фиксиран блок се използва като част от по-сложен
	механизми.
		Подвижен блок
	На фиг. 52 показва подвижен блок, чиято ос се премества
	търкаля се заедно с товара. Дърпаме конеца със сила F, която
	приложен в точка C и насочен нагоре. Блокът се върти и
	в същото време той също се движи нагоре, повдигайки окачения товар
	на OD нишката.
	В този момент от време фиксираната точка е
	точка А и около нея блокът се върти (би
	търкаля¿ през точка A). Казват също, че през точка А
	преминава през моментната ос на въртене на блока (тази ос е насочена
	перпендикулярно на чертожната равнина).
	Теглото на товара P се прилага в точката D на закрепване на товара към резбата.
	Рамото на силата P е равно на AO = r.
	Но рамото на силата F, с която дърпаме конеца, е
	е два пъти по-голям: равен е на AB = 2r. съответно
	условието за равновесие на товара е равенството F = P=2 (което
	виждаме на фиг. 52 : дължината на вектора F е половината
	дължината на вектора P).
	Следователно подвижният блок дава печалба в силата		Ориз. 52. Подвижен блок
	два пъти. В същото време обаче губим в едни и същи два пъти
	vaem в далечината. Наистина, лесно е да се види това
	за да повдигнете товара с един метър, точка C ще трябва да се премести нагоре с два метра (т.е.
	издърпайте два метра конец).
	Блокът на фиг. 52 има един недостатък: издърпайте конеца нагоре
	(за точка C) не е най-добрата идея. Съгласете се, че т-
	много по-удобно да издърпате конеца надолу! Тук идва на помощ
	фиксиран блок.
	На фиг. 53 показва повдигащ механизъм, който предварително
	е комбинация от подвижен блок с неподвижен
	nym. На подвижния блок е окачен товар, а кабелът е допълнително
	хвърлен върху неподвижен блок, което го прави възможно
	възможност за издърпване на кабела надолу, за да се повдигне товарът. Външен
	силата върху въжето отново се обозначава с вектора F.
	По принцип това устройство не се различава от		Ориз. 53. Блокова комбинация
	движещ се блок: с негова помощ получаваме и две-
	многократна победа в сила.

17.4 Наклонена равнина

Както знаем, по-лесно е да търкаляте тежък варел по наклонени пътеки, отколкото да го вдигате вертикално. Следователно мостовете са механизъм, който дава печалба в сила.

В механиката такъв механизъм се нарича наклонена равнина. Наклонената равнина е плоска, равна повърхност под известен ъгъл спрямо хоризонталата. По такъв

случай, те накратко казват: ¾наклонена равнина с ъгъл ¿.

Намерете силата, която трябва да се приложи към товар с маса m, за да се повдигне равномерно

гладка наклонена равнина с ъгъл. Тази сила F, разбира се, е насочена по протежение на наклонената равнина (фиг. 54).

Проектиране по оста X:

Именно тази сила трябва да се приложи, за да се придвижи товарът нагоре по наклонената равнина. За да повдигнете равномерно същия товар вертикално, трябва да приложите сила към него,

равно на mg. Вижда се, че Ф< mg, поскольку sin < 1. Наклонная плоскость действительно даёт выигрыш в силе, и тем больший, чем меньше угол.

Широко използвани разновидности на наклонената равнина са клинът и винтът.

17.5 Златното правило на механиката

Един прост механизъм може да даде печалба в сила или разстояние, но не може да даде печалба в работа.

Например, лост с коефициент на ливъридж 2:1 дава двойно увеличение на силата. За да се повдигне тежест P върху по-малкото рамо, трябва да се приложи сила P=2 към по-голямото рамо. Но за да се повдигне товарът до височина h, по-голямото рамо ще трябва да се спусне с 2h и извършената работа ще бъде равна на

A = P 2 2h = P h;

T. д. същата стойност като без използване на лоста.

AT В случай на наклонена равнина печелим в сила, тъй като прилагаме сила F = mg sin към товара, която е по-малка от силата на гравитацията. Но за да повдигнем товара на височина h над първоначалната позиция, трябва да изминем пътя l = h= sin по наклонена равнина. В същото време ние вършим работата

A = mg sin sin h = mgh;

т.е. същото като при вертикалното повдигане на товара.

Тези факти служат като проявления на така нареченото златно правило на механиката.

Златното правило на механиката. Нито един от простите механизми не дава печалба в работата. Колко пъти печелим в сила, колко пъти губим в разстояние и обратното.

Златното правило на механиката не е нищо повече от проста версия на закона за запазване на енергията.

17.6 Ефективност на машината

На практика трябва да се прави разлика между полезната работа Auseful, която трябва да бъде извършена от механизма в идеални условия без никакви загуби, и общата работа Afull, която се извършва за същите цели в реална ситуация.

Общата работа е равна на сумата:

полезна работа;

работата, извършена срещу силите на триене в различни части на механизма;

извършена работа за преместване на съставните елементи на механизма.

И така, при повдигане на товар с лост, освен това трябва да се работи за преодоляване на силата на триене в оста на лоста и за преместване на самия лост, който има някаква тежест.

Пълната работа винаги е по-полезна. Съотношението на полезна работа към пълна работа се нарича

коефициент на ефективност (COP) на механизма:

Полезно:

Пълен

Ефективността обикновено се изразява в проценти. Ефективността на реалните механизми винаги е по-малка от 100%. Нека изчислим ефективността на наклонена равнина с ъгъл при наличие на триене. Коефициент на триене

между повърхността на наклонената равнина и натоварването е равно.

Нека товар с маса m се издига равномерно по наклонена равнина под действието на

сили ~ от точка до точка до височина (фиг. 55). В посока обратна на

преместване, силата на триене при плъзгане действа върху товара ~ . f

От (80 ) имаме:

Тогава от (81):

Замествайки това в (79), получаваме:

F = mg sin + f = mg sin + mg cos = mg(sin + cos):

Общата работа е равна на произведението на силата F и пътя, изминат от тялото по повърхността

наклонена равнина:

Atot = F P Q = mg(sin + cos)

Полезната работа очевидно е равна на:

Полезно = mgh:

За желаната ефективност получаваме:

Полезен

Пълен

1+ctg