Рычаг. Равновесие сил на рычаге. 7 класс

Подробности

Просмотров: 508

1. Что такое рычаг?

Самый простой и распространенный механизм — рычаг.
Рычаг — это твердое тело, которое может вращаться вокруг неподвижной опоры.

2. Как используют рычаг?

Можно для поднятия груза использовать в качестве рычага лом.
Для этого надо с силой F нажимать на конец лома В или приподнимать конец В.
В любом случае при поднятии груза необходимо преодолеть вес груза Р — силу, направленную вертикально вниз.
Для этого надо повернуть лом вокруг оси, проходящей через неподвижную точку лома — точку его опоры О.

Сила F, с которой человек действует на рычаг, меньше силы Р.
Используя рычаг, получаем выигрыш в силе.

2. Что называют плечом силы?

Например, есть рычаг, ось вращения которого О (точка опоры) расположена между точками приложения сил А и В.

F1 и F2, действующие на рычаг, направлены в одну сторону.

Кратчайшее расстояние между точкой опоры и прямой, вдоль которой действует на рычаг сила, называется плечом силы.

3. Как найти плечо силы?

Чтобы найти плечо силы, надо из точки опоры опустить перпендикуляр на линию действия силы.
Длина этого перпендикуляра и будет плечом данной силы.

OA — плечо силы F1,
OB — плечо силы F2.

4. Какое действие оказывают на рычаг силы?

Силы, действующие на рычаг, могут повернуть его вокруг оси или по ходу, или против хода часовой стрелки.
На рисунке выше:
С ила F2 вращает рычаг по ходу часовой стрелки.
Сила F1 вращает рычаг против хода часовой стрелки.

Результат действия силы зависит не только от ее числового значения (модуля), но и от того, в какой точке она приложена к телу и как направлена.

5. В чем состоит правило (условие) равновесия рычага?

Правило равновесия рычага было установлено Архимедом (287—212 гг. до н. э.).

Правило (условие) равновесия рычага:
Рычаг находится в равновесии тогда, когда силы, действующие на него, обратно пропорциональны плечам этих сил.

Например:

К рычагу по обе стороны от точки опоры подвешивают грузы так, чтобы рычаг оставался в равновесии.
Действующие на рычаг силы равны весам этих грузов.
Далее измеряют модули сил и их плечи.
Если сила F2 уравновешивает силу F1, то плечо меньшей силы в 2 раза больше плеча большей силы.

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

6. Как уравновесить меньшей силой большую?

При помощи рычага можно меньшей силой уравновесить большую силу.
При этом плечо меньшей силы должно быть длиннее плеча большей силы.

Например:

Задача.
Человеку необходимо поднять с помощью рычага плиту массой 240 кг.
Большее плечо рычага равно 2,4 м.
Меньшее плечо рычага равно 0,6 м.
Какую силу надо приложить человеку к большему плечу рычага?

Человек преодолевает силу 2400 Н, прикладывая свою силу, равную 600 Н.
Здесь рычаг дает выигрыш в силе в 4 раза.
Однако плечо, на которое действует человек, в 4 раза длиннее того, на которое действует вес плиты:

2,4 м : 0,6 м = 4.

Следующая страница — смотреть

Назад в «Оглавление» — смотреть

Простые механизмы. Рычаг. Равновесие сил на рычаге – конспект урока – Корпорация Российский учебник (издательство Дрофа – Вентана)

Разработки уроков (конспекты уроков)

Физика

Внимание! Администрация сайта rosuchebnik.ru не несет ответственности за содержание методических разработок, а также за соответствие разработки ФГОС.

Цели урока

Образовательная:

• ввести понятие «простой механизм»;
• изучить устройство и принцип действия рычага;
• выяснить условие равновесия рычага;
• исследовать использование простых механизмов в природе и технике.

Развивающие:

• способствовать развитию умения анализировать, выдвигать гипотезы, предположения, строить прогнозы, наблюдать и экспериментировать;
• способствовать развитию логического мышления;
• развитие учебно-коммуникативных умений (задавать вопросы, объяснять и доказывать свою точку зрения).

Воспитательные:

• способствование расширению политехнического кругозора учащихся;
• пробуждение познавательного интереса к предмету и окружающим явлениям.

Планируемые результаты

Ученики приобретут знания о

• простых механизмах;
• видах простых механизмов;
• плече силы;
• условии равновесия рычага;
• практическом применении рычага.

Ученики приобретут умения:

• измерять плечо силы;
• экспериментально определять соотношение сил и плеч для равновесия рычага.

Ученики закрепят навыки и умения:

• планировать эксперимент;
• выбирать главное из текста;
• анализировать информацию;
• делать выводы.

Тип урока: урок открытия нового знания

Вид урока:

урок – исследование

Оборудование: штатив, набор грузов, рычаги, динамометр, ножницы, гаечный ключ, щипцы.

План урока

1. Организационный момент (1 мин)
2. Мотивационный момент (3 мин)
3. Освоение нового материала (20 мин)
4. Первичная проверка усвоения знаний (10 мин)
5. Первичное закрепление знаний (7 мин)
6. Подведение итогов урока (рефлексия) (3 мин)
7. Домашнее задание (1 мин)

1.

Организационный момент. Психологический настрой

2. Мотивация учащихся.

Учитель: Здравствуйте, ребята. Сегодня у нас необычный урок: урок-исследование.

Для начала решим задачу:

Штангист держит штангу весом 2 кН на высоте 2,5 м. Какую работу при этом он совершает? (А = mgh = 2ּ 10³Н ּ 2,5м = 5ּ 10³ = 5кДж).

А, если это будет более тяжелый предмет, например, шкаф. Как его приподнять? Зачастую человеческой силы для этого недостаточно. Что делать?

Ученики: Можно подсунуть под край шкафа крепкую палку или, например, клюшку.

Учитель: Верно. А, чтобы разрезать ткань, например, используют ножницы. Чтобы открутить гайку используют гаечный ключ.

Все эти приспособления с точки зрения физики называются одинаково – рычаг. Как вы думаете, для чего нужен рычаг?

Ученики: Для того чтобы увеличить силу, прикладываемую человеком.

3. Освоение нового материала

Учитель: Приспособления, служащие для преобразования силы, называют механизмами. Рычаг – один из первых простейших механизмов, изобретенных человеком. Рычаг – это любое твердое тело, способное вращаться вокруг какой — либо неподвижной опоры. (Учащиеся записывают тему урока и определение рычага).

Чтобы поднять тяжелый груз на некоторую высоту, его вкатывают по наклонной плоскости или поднимают с помощью блоков. Таким образом, наклонная плоскость и блок – это тоже простые механизмы. Приведите примеры простых механизмов, которые вам встречались в быту, технике.

Ученики: качели, весло, щипцы, плоскогубцы, весы, подъемный кран.

Учитель: Различают два вида рычагов:

У рычага 1 рода (рис. а) точка опоры располагается между линиями действия приложенных сил, а у рычага 2 рода (рис. б) она располагается по одну сторону от них.

Создание проблемной ситуации

Учитель: Почему качели находятся в равновесии?

Ученики выдвигают гипотезы:

Кот и ежик сидят на разных расстояниях от оси вращения (точки опоры) и имеют разный вес.

Учитель: Меньшей силой уравновешена большая сила. Какой можно сделать вывод?

Ученики: Чтобы меньшей силой уравновесить большую, нужно увеличить расстояние от точки опоры до линии действия меньшей силы.

Учитель: Будут ли в равновесии эти рычаги? Как уравновесить эти рычаги?

Учитель: У вас на столах рычаг на штативе, грузы и динамометр. На левую часть рычага подвесьте два груза. Опытным путем установите, на каком расстоянии вправо от оси вращения надо подвесить: а) один груз: б) два груза; в) три груза, чтобы рычаг пришел в равновесие.

Сделайте вывод о соотношении сил и расстояний от точки опоры до линии действия сил.

Ученики: Если силы (вес грузов) отличаются в 2 раза, то и расстояния, на которых подвешены грузы также отличаются в 2 раза. Причем большая сила должна быть приложена на меньшем расстоянии от точки опоры.

Учитель: Кратчайшее расстояние от линии действия силы до точки опоры называется плечом силы. Найдите в учебнике правило нахождения плеча силы. (Работают с учебником).

Учащиеся записывают определение плеча силы.

Ученик зачитывает: Чтобы найти плечо силы, надо из точки опоры опустить перпендикуляр на линию действия силы.

Учитель: Рычаг позволяет получить выигрыш в силе — это отношение сил F1/ F2.

Условие равновесия рычага:

F1	=	l2
F2		l1

Вывод: рычаг находится в равновесии, если отношение сил обратно пропорционально отношению расстояний.

Учащиеся записывают в тетрадь условие равновесия рычага.

4. Первичная проверка усвоения знаний

Учитель предлагает указать на рисунках плечи сил:

Учитель предлагает решить расчетную задачу: Длина одного плеча рычага 12 см, другого – 24 см. На меньшем плече подвешен груз массой 50 кг. Какая сила должна действовать на другое плечо рычага, чтобы он находился в равновесии?

Учитель предлагает проделать экспериментальное задание: Возьмите спичку и разломите ее пополам, получившиеся части снова разломите пополам, и так продолжайте ломать спичку на все более маленькие кусочки. Почему маленькие кусочки труднее разламывать, чем большие?

Учащиеся проделывают задание и отвечают на вопрос.

Физминутка: Встаньте, сначала повращайте одной рукой, затем — другой. Теперь приподнимитесь на носочках. Вы знаете, стопы ног, руки – это тоже рычаги.

5. Первичное закрепление знаний

Класс делится на 3 группы, каждая группа получает задание:

Задание 1 группе

Оборудование: ножницы разных видов, кусачки, гаечный ключ, линейка.

Измерьте с помощью линейки плечи рычагов. Определите выигрыш в силе данных простых механизмов.

Задание 2 группе

Сконструировать из подручного материала один из простых механизмов и продемонстрировать его в действии.

Задание 3 группе

Составить ребусы, кроссворд на тему: Простые механизмы в природе.

6. Подведение итогов урока (рефлексия)

1. Что называется простыми механизмами?
2. Какие виды простых механизмов вы знаете?
3. Что такое рычаг?
4. Что называется плечом силы?
5. Каково правило равновесия рычага?
6. Где применяется в нашей жизни рычаг?
7. Какое значение имеют простые механизмы в жизни человека?

Учащиеся отвечают на вопросы.

7. Домашнее задание

§ 57, 58, 60; задачи № 736, 742, 747.

Домашние опыты:

1. Положите под середину линейки карандаш так, чтобы линейка находилась в равновесии. Не изменяя взаимного расположения линейки и карандаша, уравновесьте на полученном рычаге одну монету с одной стороны и стопку из трех таких же монет с другой стороны. Измерьте плечи приложенных (со стороны монет) сил и проверьте правило рычага.
2. Определите массу линейки. У вас имеются измерительная линейка, карандаш и монета. Масса монеты считать известной, равной m.

Учитель: Желаю Вам найти свою точку опоры и всегда оставаться в равновесии! Спасибо за урок!

Простые механизмы — Рычаги | Поговорим о науке

AB 4 Наука 1-6 (1996) Тема B. Колеса и рычаги

BC 5 Наука 5 класс (июнь 2016 г.) Большая идея: Машины — это устройства, передающие силу и энергию.

МБ 5 Наука 5 класс (2000) Кластер 3: Силы и простые машины

NB 5 Наука 5: Живые и технологические системы (октябрь 2019 г. ) Простые машины

NL 5 Наука 5 класс (2017) Модуль 2: Силы и простые машины

NS 5 Наука 5 (2019) Физические науки: силы и простые машины

NU 6 Учебная программа K-6 по науке и технологиям (СЗТ, 2004 г.) Конструкции и механизмы: Движение

NU К Учебная программа K-6 по науке и технологиям (СЗТ, 2004 г.) Конструкции и механизмы: машины вокруг нас

NU 2 Учебная программа K-6 по науке и технологиям (СЗТ, 2004 г.) Конструкции и механизмы: Механизм

NU 3 Учебная программа K-6 по науке и технологиям (СЗТ, 2004 г.) Конструкции и механизмы: Стабильность

NU 5 Учебная программа K-6 по науке и технологиям (СЗТ, 2004 г.) Конструкции и механизмы: Силы, действующие на конструкции и механизмы

Контроль качества Элементарный цикл 2 Наука и техника, элементарный Материальный мир

YT 5 Science Grade 5 (Британская Колумбия, июнь 2016 г.) Большая идея: Машины — это устройства, передающие силу и энергию.

СК 5 Наука 5 класс (2011) Физические науки – Силы и простые машины (FM)

ON 2 Наука и техника, 2 класс (2022) Стрэнд Д. Структуры и механизмы; Простые машины и движение

ON 4 Наука и техника, 4 класс (2022) Направление D: Машины и их механизмы

НТ 6 Учебная программа K-6 по науке и технологиям (СЗТ, 2004 г.) Конструкции и механизмы: Движение

NT К Учебная программа K-6 по науке и технологиям (СЗТ, 2004 г.) Конструкции и механизмы: машины вокруг нас

NT 2 Учебная программа K-6 по науке и технологиям (СЗТ, 2004 г.) Конструкции и механизмы: Механизм

NT 3 Учебная программа K-6 по науке и технологиям (СЗТ, 2004 г.) Конструкции и механизмы: Стабильность

NT 5 Учебная программа K-6 по науке и технологиям (СЗТ, 2004 г.) Конструкции и механизмы: Силы, действующие на конструкции и механизмы

АВ 8 Наука о знаниях и трудоустройстве 8, 9 (пересмотрено в 2009 г.) Блок D: Механические системы

AB 11 Наука о знаниях и трудоустройстве 20–4 (2006 г.) Модуль B: Общие сведения о системах преобразования энергии

AB 8 Наука 7-8-9 (2003 г., обновлено в 2014 г. ) Блок D: Механические системы

BC 11 Физика 11 (июнь 2018 г.) Большая идея: Энергия существует в различных формах, сохраняется и способна выполнять работу.

Обратите внимание 11 Физика 11 (2003) Импульс и энергия

н.с. 11 Физика 11 (2021) Импульс и энергия

NU 8 Наука о знаниях и трудоустройстве 8 (Альберта, редакция 2009 г.) Блок D: Механические системы

NU 8 Наука 8 (Альберта, 2003 г., обновлено в 2014 г.) Блок D: Механические системы

NU 11 Наука о знаниях и трудоустройстве 20–4 (Альберта, 2006 г.) Модуль B: Общие сведения о системах преобразования энергии

PE 10 Наука 421А (2019) Знание содержания: CK 3.2

PE 11 Физика 521А (2009) Импульс и энергия

контроль качества Раздел III Наука и технология Технологический мир

КК Раздел IV Прикладная наука и технологии Технологический мир

КК Раздел IV Наука и технология Технологический мир

КК Раздел V Физика Преобразование энергии

КК Раздел I Наука и технология Технологический мир: Силы и движение

КК Раздел III Прикладная наука и технологии Технологический мир

NT 8 Наука о знаниях и трудоустройстве 8 (Альберта, редакция 2009 г. ) Раздел D: Механические системы

НТ 8 Наука 8 (Альберта, 2003 г., обновлено в 2014 г.) Блок D: Механические системы

NT 11 Наука о знаниях и трудоустройстве 20–4 (Альберта, 2006 г.) Модуль B: Общие сведения о системах преобразования энергии

ON 8 Наука и техника, 8 класс (2022) Цепь D: Системы в действии

Типы рычагов. Введение, основные определения и примеры

В нашей повседневной жизни мы видим множество объектов вокруг нас, таких как качели в парке, ложки на кухне, ножницы, открывалки для бутылок , суставы в организме человека.

 

Что такое рычаг?

Рычаг представляет собой жесткий стержень, который позволяет более тяжелому или устойчивому предмету лежать на фиксированной точке с меньшим усилием.

Существует три разных типа рычагов, в зависимости от того, где находится входная сила, точка опоры и нагрузка.

На этой странице мы узнаем следующее: 

• Что такое простые машины?

• Точка опоры, рычаг, усилие, нагрузка

• Рычаг первого, второго и третьего классов

• Механическое преимущество (МА)

• Примеры (из жизни)

 

Что такое простые машины?

Слово «машина» произошло от греческого слова, означающего «упрощать жизнь». Энергия сохраняется, потому что машины не могут выполнить больше работы, чем та энергия, которую мы вкладываем в нее. Рычаг — это не что иное, как стержень и Вещь, с которой мы сталкиваемся в повседневной жизни, имеющая функцию стержня, называется «рычаг». Рычаг имеет неподвижную точку, через которую его легко вращать вокруг этой точки. Например, открывалка для бутылок, ножницы, плоскогубцы, степлер, щелкунчик; и т. д.

 

Давайте поговорим об основных определениях:

1. Нагрузка (L): Сила сопротивления, которую должна преодолеть машина, называется нагрузкой. S.I. Единицей измерения является Ньютон (Н).

2. Усилие (E): Внешняя сила, приложенная к простой машине для преодоления нагрузки, называется Усилием. S.I. Единицей измерения является Ньютон (Н).

3. Точка опоры (Ось, F): Точка, в которой что-то вращается или поддерживается.

4. Механическое преимущество (MA): Отношение Нагрузки (L) к преодолению величины Усилия (E).

Где МА — это не что иное, как отношение плеча усилия к плечу нагрузки, которое мы будем обсуждать в классе рычагов.

MA = Рычаг усилия (E) / Рычаг нагрузки (L) 

Рычаг усилия (E) = Расстояние между усилием (силой) и точкой опоры (шарнир)

 Рычаг нагрузки (L) = Расстояние между нагрузкой и Fulcrum (стержень)

 

Типы рычагов

Рычаг первого класса

Вот, это рычаг первого класса.

Здесь мы видим, что мы должны приложить усилие (силу) против гравитации.

Например, в гараже внизу закреплен винтовой домкрат, и когда мы начинаем вращать домкрат, машина движется вверх, здесь мы приложили небольшое усилие, и машина применила эту силу, чтобы двигаться вверх.

Рычаг второго класса

Вы замечали, что при попытке порвать бумагу на равные части вручную уходит много времени?

Если использовать ножницы, то время будет сэкономлено, хотя усилий приложено меньше, работа будет сделана быстрее.

Это означает, что здесь скорость увеличена, чтобы выполнить работу раньше.

Рычаг третьего класса

Возможно, вы бывали в деревнях, где люди 

в зависимости от колодца как источника воды прилагали свои усилия вверх, вытягивая воду из колодца через ведро, прикрепленное к веревке, но легко использовать шкив, тогда усилие было бы направлено вниз (к силе тяжести). Следовательно, прилагаемое усилие будет меньше.

 

Classification of Levers based on MA

S.no	Types of Lever	Mechanical Advantage	Attribute
1	Рычаг первого класса	Больше 1	Множитель усилия
3. 9 9080 3.0208	Second-class lever	Less than 1	Speed ​​multiplier
3.	Third-class lever	Equal to 1	Change in direction усилия

Может работать как множитель силы, множитель скорости, а также при изменении направления Усилия (в зависимости от значения MA)

Давайте поймем:

Это первоклассный рычаг, у него в середине точка опоры (шарнир), нагрузка на одном конце и усилие на другом.

1. См. — Пила

Здесь,  в этом случае:   

Точка опоры (шарнир) находится между нагрузкой и усилием таким образом, что

Длина плеча нагрузки (La) = длина плеча усилия (Ea) . ]

MA (механическое преимущество) = Ea / La

As Ea = La         

MA = 1

Что означает изменение направления.

2. Плоскогубцы                         

Здесь Ea > La, как вы можете видеть на изображении выше, плечо усилия больше, чем плечо нагрузки.

 Как мы знаем, MA = Ea/La,

 Здесь Ea > La, MA > 1

Следовательно, он работает как множитель силы.

3. Ножницы   

На приведенном выше изображении ножниц мы видим, что Длина плеча > Усилие руки:

As, MA = Ea / La

And, Ea < La

Итак, MA  < 1

Здесь он работает как множитель скорости

На изображении выше La > Ea.

Итак, MA < 1, поэтому работает как

Множитель скорости.

Здесь La > Ea

MA = Ea / La

Поскольку Ea < La означает, что MA < 1

 

Изменение направления по нагрузке (м)                    

  Затрачиваемая работа: = усилие (E) * расстояние, пройденное с усилием (n)

 Эффективность (p):= Выходная мощность / Затраченная работа

= Механическое преимущество / Коэффициент скорости

 =  M. A. / V.R.

 

Резюме: 

Мы называем рычаги простыми машинами, потому что они состоят только из двух частей — точки опоры и ручки, где ручка или стержень рычага называется «плечом», а точка опоры — это точка, вокруг которой вращается рычаг. .

 

Короткие ответы на вопросы:

Q1: КПД машины составляет 60 %. Если машине передано 500 Дж энергии. Каков его выход?

Sol: Эффективность (p) = 60%, Вход (i) = 500 Дж у ножниц для резки ткани лезвия длиннее ручек, а у ножниц для резки металлов короткие лезвия и длинные ручки?

Ответ: У ножниц, используемых для разрезания куска ткани, лезвия длиннее ручек, поэтому лезвия перемещаются по ткани дольше, чем движение ручек. В то время как ножницы, используемые для резки металлов, имеют короткие лезвия и длинные ручки, потому что это позволяет нам преодолевать

большая сила сопротивления малым усилием.

Q3: У ножниц длина лезвий 10 см, а длина ручек 2,5 см. В чем его механическое преимущество?

Ответ: Усилие, плечо (Ea) = 2,5 см

Длина плеча, = 20 см

Рычаг и его тип

Рычаг можно определить как довольно простую по своему устройству машину, состоящую из жесткого стержня или балки, надетой на неподвижный шарнир, называемый точкой опоры. Это точка опоры, в которой находится рычаг, и он либо поворачивает, либо поддерживает его. Затем это используется для передачи силы на нагрузку, что выгодно с точки зрения механики. Рычаг представляет собой конструкцию, которая может вращаться сама по себе в точке. Есть 3 типа этой структуры, а именно рычаг того класса, рычаг второго класса и рычаг третьего класса. Они классифицируются по точке опоры, силе и нагрузке.

Основное назначение рычагов — механическое преимущество, которое определяется как количество, на которое специальная машина умножает приложенную силу.