Виждаме, че с помощта на прости механизми е възможно да се получат печалби в силата. Простите механизми осигуряват ли ползи в работата?

Нека изчислим работата, извършена от сила F при повдигане на товар с помощта на наклонена равнина (виж фиг. 1):

\(~A_F = Fl.\)

Нека заместим намерените стойности на сила \(~F = mg \frac hl\) и да получим

\(~A_F = mg \frac hl l = mgh.\)

Така че работата А F е равно на работата, която трябва да се извърши за равномерно повдигане на товара на височина чбез използване на наклонена равнина.

Ливъриджът също не осигурява печалби в работата. Наистина, ако балансиран лост (фиг. 6) се задвижи, тогава точките на прилагане на силите Е 1 и Е 2 ще направи различни движения Δ едновременно r 1 и Δ r 2. В този случай (разглеждаме ъгъла α завъртете леко лоста) Δ r 1 = л 1 α , Δ r 2 = л 2 α Следователно тези сили ще вършат работа А 1 = Е 1Δ r 1 = Е 1 л 1 α И А 2 = Е 2Δ r 2 = Е 2 л 2 α . защото Е 1 л 1 = Е 2 л 2, тогава А 1 = А 2 .

Когато използваме неподвижен блок, виждаме, че приложените сили ЕИ мгса равни и пътищата, изминати от точките на прилагане на силите при повдигане на товара, също са еднакви, което означава, че работата е една и съща.

Използване на движещ се блок за повдигане на товар на височина ч, имате нужда от края на въжето, към който се прилага силата Е, преминете към 2 ч. следователно А 1 = mghи \(~A_2 = F \cdot 2h = \frac(mg)(2) 2h = mgh\) .

Така, докато получават двойна печалба в сила, те губят два пъти повече в движение, следователно подвижният блок не осигурява печалба в работата.

Вековната практика показва, че нито един от простите механизми не дава печалба в работата.

Дори древните учени са формулирали правило („златното правило на механиката“), което важи за всички механизми: колко пъти печелим в сила, толкова пъти губим в разстояние.

Когато разглеждаме прости механизми, ние не вземаме предвид триенето, както и теглото на самите механизми. В реални условия това трябва да се има предвид. Затова част от работата се извършва насила Еда се движат отделни частимеханизъм и срещу силата на триене. Подемна работа А p (полезна работа) ще бъде по-малко от общата работа А(работа, извършена насила Е).

Ефективността на механизма се характеризира с коефициента на ефективност (КПД на механизма):

Ефективност - физическо количество, равно на отношението полезна работа А p към цялата изразходвана работа А:

\(~\eta = \frac(A_p)(A) \cdot 100% .\)

Литература

Аксенович Л. А. Физика в гимназия: Теория. Задачи. Тестове: Учебник. надбавка за институции, осигуряващи общо образование. среда, образование / Л. А. Аксенович, Н. Н. Ракина, К. С. Фарино; Ед. К. С. Фарино. - Мн.: Адукация и изява, 2004. - С. 75-76.

Простите механизми, които разгледахме, се използват за извършване на работа в случаите, когато е необходимо да се балансира друга сила чрез действието на една сила.

Естествено възниква въпросът:давайки печалба в силата или на пътя, простите механизми не дават ли печалба в работата? Отговорът на този въпрос може да се получи от опит.

След като балансират върху лоста две сили F1 и F2 с различна големина (фиг. 170), те привеждат лоста в движение. Оказва се, че в същото време точката на приложение на по-малка сила F2 изминава по-дълъг път s2, а точката на приложение на по-голяма сила F1 - по-малко начинs1. След измерване, тези пътеки и модули на сила установяват, че дължините на пътеките, изминати от точките на прилагане на силите върху лоста, са обратно пропорционални на силите:

Така, действайки върху дългото рамо на лоста, печелим в сила, но в същото време губим същото количество пъти в дължината на пътя.

Продуктът на силата и пътя е работа. Нашите експерименти показват, че работата, извършена в двата края на лоста равни един на друг:

Така че, когато използвате ливъридж, няма печалба в работата.

Използвайки ливъридж, можем да спечелим или сила, или разстояние. Ако приложим сила към дългата ръка, ще спечелим в сила, но само толкова ще загубим от разстояние. Действайки със сила върху късото рамо на лоста, ще спечелим в разстояние, но ще загубим със същото количество в сила.

Има легенда, че Архимед, възхитен от откритието на правилото за ливъриджа, възкликнал: „Дайте ми опорна точка и аз ще повдигна Земята!“

Разбира се, Архимед не би могъл да се справи с подобна задача, дори ако му беше дадена опорна точка и лост с необходимата дължина. За повдигане Земята е дълга само 1 см, рамото на лоста трябваби описал дъга с огромна дължина. Ще са необходими милиони години, за да се премести дългият край на лоста по този път, например със скорост 1 m/s.

Видът на лоста не дава печалба в работата - фиксиран блок, който е лесенубедете се от опит. начини, проходими точкиприложенията на силите P и F са еднакви, силите са еднакви и следователно работата е една и съща.

Можете да измервате и сравнявате извършената работа с помощта на движещ се блок. За да повдигнете товар до височина h с помощта на подвижен блок, имате нужда от края на въжето, към което е прикрепен динамометърът,както показва опитът (фиг. 171), преминете към 2h. По този начин, докато получават 2-кратно увеличение на силата, те губят 2-кратно по пътя, следователно подвижният блок не осигурява печалба в работата;

Вековната практика показва, че нито един от механизмите не дава печалба в работата. Използват се различни механизми за в зависимост от условията на работапобеди в сила или в пътя.

Още древните учени знаеха едно правило, приложимо към всички механизми: колко пъти печелим в сила, толкова пъти губим в разстояние. Това правило е наречено „златното правило“ на механиката.

Въпроси. 1. Каква е връзката между силите, действащи върху лоста и рамената на тези сили? 2. Каква е връзката между пътищата, изминати от точките на прилагане на силите върху лоста, и тези сили? 3. Възможно ли е използвайте лоста, за да спечелитев сила? Какво тогава губят? 4. Колко пъти губят по пътя, използвайки подвижен блок за повдигане на товари? 5. Какво е „златното правило“ на механиката?

Упражнения.

1. С помощта на подвижен блок товарът беше повдигнат на височина 1,5 m. Колко дълго беше удължен свободният край на въжето?
2. С помощта на подвижен блок е повдигнат товар на височина 7 m. Каква работа е извършил работникът при повдигане на товара, ако той прилага сила към края на въжето 160 N? Колко работа ще извърши работник, ако вдигне този товар на височина 7 m без блок? (Не вземайте предвид теглото на блока и силата на триене.)
3. Как да използвате блок, за да спечелите разстояние?
4. Как можете да свържете неподвижни и подвижни блокове един към друг, за да получите 4-кратно увеличение на силата? 6 пъти?

Упражнение.

Докажете, че законът за равенство на работата („златното правило“ на механиката) се прилага за хидравлична машина. Пренебрегвайте триенето между буталата и стените на съдовете.

Забележка. Използвайте Фигура 132 за доказателство Когато малко бутало под въздействието на сила F1 се движи надолу на разстояние h1, то измества определен обем течност. Обемът на течността под голямото бутало се увеличава със същото количество, което се издига до височина h2.

§ 62. Равнопоставеност на работата при използване на прости механизми. " Златно правило» механика – Физика 7 клас (Перишкин)

Кратко описание:

Вече разгледахме няколко прости механизма. Някои го изучаваха много подробно (лост, блок), други просто го споменаха. Сигурно вече сме разбрали, че всички прости механизми улесняват живота на човека. Те или осигуряват печалба в сила, или ви позволяват да промените посоката на силата, като по този начин правите действията на човека по-удобни.
Но ние знаем такова физическо количество като работа. Естествено възниква въпросът: каква печалба от работата получаваме, използвайки прости механизми? Отговорът е обезкуражаващ: никакви. Никой прост механизъм не може да ви осигури печалба в работата.
В шестдесет и втори параграф това заключение е постигнато чрез изчисления. Това се прави първо за ливъридж. След това изходът се простира до фиксирания блок, след това до подвижния.
Използват се прости механизми. За да получите печалба в сила или разстояние. Не можете да спечелите и в двете. Когато спечелиш в едно, губиш в друго. Това е "златното правило" на механиката. Той е бил известен на хората още в древността. Сега и вие ще го знаете.

Решаване на задачи по темата: Равнопоставеност на работата при използване на прости механизми. "Златното правило на механиката"

ЦЕЛИ НА УРОКА:Актуализирайте знанията си по темата „Прости механизми“ и научете обща позицияза всички видове прости механизми, което се нарича „златното правило“ на механиката.

Докажете, че простите механизми, използвани в работата, осигуряват печалба в сила и от друга страна ви позволяват да промените посоката на движение на тялото под въздействието на сила;

Да се ​​култивира интелектуална култура при насочване на учениците към разбиране на основните правила на прости механизми - да се развие способността за обобщаване на известни данни въз основа на подчертаване на основното;

Формирайте елементи на творческо търсене въз основа на техниката на обобщение.

Напредък на урока

1.Организационен момент

2.Проверка на домашните

Фронтално проучване:

1.Какви устройства се наричат ​​прости механизми, за какво служат?

2. Какви прости механизми знаете?

3.Какво е лост? За какво се използва?

4. Какво се нарича рамото на силата? Момент на сила?

5.Формулирайте условието за равновесие на лоста?

6. Формулирайте „златното правило на механиката“

7. Защо дръжка на врататаТе са прикрепени не към средата на вратата, а на нейния ръб.

8. Възможно ли е да се обърне Земята с помощта на лост, който има опорна точка? Обосновете отговора си.

3. Разрешаване на проблеми

Задача: Дължината на по-малкото рамо на лоста е 5 cm, на по-голямото е 30 cm. Върху по-малкото рамо действа сила от 12N. Колко сила трябва да се приложи към по-голямото рамо, за да се балансира лоста? Намерете печалбата в сила?

дадени: Si: Решение:

l 1 = 5 cm 0,05 m 1) Нека запишем условието за равновесие на лоста:

l 2 = 30 c m 0,3 m

F 1 = 12 N Нека изразим F 2 от него:

F 2 =?

F 1 / F 2 =? 2) Да намерим печалбата в сила, т.е.

.

отговор: F2 = 2H, F1/F2 = 6H.

Решете проблема, като използвате примера:По-малкото рамо на лоста е подложено на сила от 300 N, а върху по-голямото рамо действа сила от 20 N. Дължината на по-малкото рамо е 5 см. Определете дължината на по-голямото рамо. Направете рисунка.

Тествайте себе си (Отговор: 0,75 м)

Решете проблема, като използвате примера:В краищата на лоста действат сили от 25N и 150N. Разстоянието от опорната точка до по-голямата сила е 3 см. Определете дължината на лоста, ако под въздействието на тези сили той е в равновесие?

Тествайте себе си (Отговор: 0,21 м)

Задача: С помощта на лост е повдигнат товар с тегло 200 kg. До каква височина е бил повдигнат товарът, ако силата, действаща върху дългото рамо на лоста, е извършила работа 400 J?

Нека направим обяснителен чертеж:

l 2

дадени: Si: Решение:

m 1 = 200 kg 1) Нека напишем математически „златното правило“ на механиката: A 1 = A 2

A 2 = 400 J 2) По дефиниция, работа– произведение на силата, действаща по протежение на движението

h = ? тяло, пътят, който тялото изминава под въздействието на тази сила. След това:

A 1 = F 1 h 1

Нека изразим h 1 от тази формула:

3) За да намерим F 1, използваме формулата за намиране на силата на гравитацията на товар:

F 1 = F нишка = m 1 g = 200 kg · 10 N/kg = 2000 N

4) Като се има предвид, че A 1 = A 2, изчислете h 1:

отговор: h 1 = 0,2 N.

Решете проблема, като използвате примера:С помощта на лост врата с тегло 0,84 kN се повдига леко, действайки върху дългото рамо със сила от 30 N. В същото време е извършено механична работа 26J. Колко високо беше повдигната вратата и колко далеч се премести краят на дългото рамо на лоста?

Тествайте се (Отговор: до височина 3,1 см; 8,7 см) (у дома)

домашна работаИзмислете задача по темата, която изучавате и я решете. POV пар. 47

Равнопоставеност на работата при използване на прости механизми. "Златното правило" на механиката.

• Учителят по физика Пучкова С.А.
• MBOU Sukhovskaya Средно училище

• Устройствата, използвани за преобразуване на сила, се наричат ​​механизми.

• лост (блок, порта),
• наклонена равнина (клин, винт).

• Приложение

• Правилото за ливъридж е в основата на действието на различни видове инструменти, използвани в ежедневието и технологиите, където се изисква печалба в сила или път.

• Фиксиран блок е блок, чиято ос е фиксирана и не се повдига или пада при повдигане на товари.

• Движещ се блок е блок, чиято ос се издига и пада заедно с товара. Дава 2x увеличение на силата.

• На практика се използва комбинация от подвижен блок и неподвижен. За удобство се използва фиксиран блок. Това не дава печалба в сила, но променя посоката на силата.

• Строителство

• Лекарство

• Винт

• В древността са използвани прости механизми.

• Използване

• порти

• За подаване на вода от долното ниво на река или канал до горното ниво, например до друг канал, през който тя ще тече по-нататък „сама“, просто, но много ефективно техническо средство– шадуф. Прилича на кран - дълъг лост с противотежест.

• Гърците се опитаха да намалят количеството ръчен труд, използвайки строителна техника. През 6 век пр. н. е. изобретяват два крана: за повдигане на малки и по-големи тежки товари. От изображения, открити от археолози сред руините на един от древните градове, беше възможно да се установи как е действал. Колелото на огромния кран се въртеше от петима души, като двама управляваха товара отдолу и двама отгоре.

• Простите механизми се използват главно за получаване на печалба в сила, т.е. увеличете няколко пъти силата, действаща върху тялото.

• въпрос

• нека го направим

• Пътищата, изминати от точките на прилагане на силите върху лоста, са обратно пропорционални на силите.

• h1 / h2 = F2 / F1

• Въздействайки върху дългото рамо на лоста, печелим сила, но в същото време губим със същото количество по пътя.

• С помощта на лоста
• можем да спечелим било в сила,
• или на разстояние.

• Легендата за Архимед разказва, че възхитен от откритието на правилото за ливъридж, той възкликнал: „Дайте ми опорна точка и аз ще преместя Земята“.

• V = 30 000 km/s
• t = 10 милиона години

• Движещият се блок не осигурява никаква полза в работата

• Колко пъти ние печелим в сила, толкова пъти загуба на разстояние

• „Златното правило“ на механиката важи за всички механизми.

• Видове механизми

• 1. С помощта на подвижен блок товарът беше повдигнат на височина 1,5 m. Колко дълго беше удължен свободният край на въжето?
• 1,5 м 0,75 м 3 м
• 2. С помощта на подвижен блок товарът е повдигнат на височина 7 m. Колко работа е извършил работникът при повдигане на товара, ако приложи сила от 160 N към края на въжето? Каква работа ще извърши, ако вдигне този товар на височина 5 m?

• вярно!

• Грешка!!!