ما می بینیم که با کمک مکانیسم های ساده می توان به دستاوردهایی در قدرت دست یافت. آیا مکانیسم‌های ساده در کار سود می‌دهند؟

بیایید کار انجام شده توسط نیروی F را هنگام بلند کردن بار با استفاده از صفحه شیبدار محاسبه کنیم (شکل 1 را ببینید):

\(~A_F = Fl.\)

اجازه دهید مقادیر یافت شده نیروی \(~F = mg \frac hl\) را جایگزین کنیم و بدست آوریم

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

پس کار الف F برابر است با کاری که برای بالا بردن یکنواخت بار تا ارتفاع باید انجام شود ساعتبدون استفاده از هواپیمای شیبدار

اهرم نیز سودی در کار ایجاد نمی کند. در واقع، اگر یک اهرم متعادل (شکل 6) در حرکت باشد، نقاط اعمال نیروها اف 1 و اف 2 حرکات Δ متفاوتی را همزمان انجام می دهد r 1 و Δ r 2. در این حالت (زاویه را در نظر می گیریم α اهرم را کمی بچرخانید) Δ r 1 = ل 1 α , Δ r 2 = ل 2 α بنابراین، این نیروها کار خواهند کرد الف 1 = اف 1Δ r 1 = اف 1 ل 1 α و الف 2 = اف 2Δ r 2 = اف 2 ل 2 α . چون اف 1 ل 1 = اف 2 ل 2، سپس الف 1 = الف 2 .

هنگام استفاده از یک بلوک ثابت، می بینیم که نیروهای اعمال شده افو میلی گرممساوی هستند و مسیرهای طی شده توسط نقاط اعمال نیرو هنگام بلند کردن بار نیز یکسان است، یعنی کار یکسان است.

استفاده از بلوک متحرک برای بلند کردن بار تا ارتفاع ساعت، به انتهای طنابی که نیرو به آن وارد می شود نیاز دارید اف، به 2 بروید ساعت. از این رو، الف 1 = mghو \(~A_2 = F \cdot 2h = \frac(mg)(2) 2h = mgh\) .

بنابراین، در حالی که دو بار افزایش قدرت دریافت می کنند، دو بار در حرکت از دست می دهند، بنابراین، بلوک متحرک افزایشی در کار ایجاد نمی کند.

تمرین قرن ها نشان داده است که هیچ یک از مکانیسم های ساده سودی در کار ایجاد نمی کند.

حتی دانشمندان باستانی یک قانون ("قانون طلایی مکانیک") را تدوین کردند که برای همه مکانیسم ها اعمال می شود: تعداد دفعاتی که در قدرت برنده می شویم، تعداد دفعاتی که در فاصله از دست می دهیم.

هنگام در نظر گرفتن مکانیسم های ساده، اصطکاک و همچنین وزن خود مکانیسم ها را در نظر نمی گیریم. در شرایط واقعی این باید در نظر گرفته شود. بنابراین بخشی از کار به زور انجام می شود افحرکت کردن قطعات جداگانهمکانیسم و ​​در برابر نیروی اصطکاک. کار بلند کردن الف p (کار مفید) کمتر از کل کار خواهد بود الف(کار به زور انجام می شود اف).

کارایی مکانیزم با ضریب عملکرد (بازده مکانیزم) مشخص می شود:

کارایی - کمیت فیزیکی، برابر با نسبت کار مفید الف p به تمام کارهای صرف شده الف:

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

ادبیات

Aksenovich L. A. فیزیک در دبیرستان: تئوری تکالیف. تست ها: کتاب درسی. کمک هزینه برای مؤسسات ارائه دهنده آموزش عمومی. محیط زیست، آموزش / L. A. Aksenovich, N. N. Rakina, K. S. Farino; اد. K. S. Farino. - Mn.: Adukatsiya i vyhavanne, 2004. - P. 75-76.

مکانیسم‌های ساده‌ای که در نظر گرفته‌ایم برای انجام کار در مواردی استفاده می‌شود که لازم است نیروی دیگری از طریق عمل یک نیرو متعادل شود.

این سوال به طور طبیعی پیش می آید:افزایش قدرت یا در جاده، آیا مکانیسم‌های ساده باعث افزایش کار نمی‌شوند؟ پاسخ این سوال را می توان از روی تجربه به دست آورد.

با متعادل کردن دو نیروی F1 و F2 با قدر متفاوت روی اهرم (شکل 170)، اهرم را به حرکت درآوردند. معلوم می شود که در همان زمان نقطه اعمال نیروی کوچکتر F2 مسیر طولانی تری s2 را طی می کند و نقطه اعمال نیروی بزرگتر F1 - راه کمترs1. اندازه گیری شده است، این مسیرها و مدول نیروها، متوجه می شوند که طول مسیرهایی که نقاط اعمال نیرو روی اهرم طی می کنند با نیروها نسبت معکوس دارند:

بنابراین، با عمل بر روی بازوی بلند اهرم، قدرت بدست می آوریم، اما در عین حال به همان میزان در طول مسیر از دست می دهیم.

محصول نیرو و مسیر کار است. آزمایشات ما نشان می دهد که کار در هر دو انتهای اهرم انجام شده است برابر یکدیگر:

بنابراین، هنگام استفاده از اهرم، هیچ سودی در کار وجود ندارد.

با استفاده از اهرم، می‌توانیم در قدرت یا فاصله به دست آوریم. اگر به بازوی بلند نیرو وارد کنیم، قدرت خواهیم داشت، اما به همان اندازه از راه دور باختیم. با اعمال نیرو بر روی بازوی کوتاه اهرم، در مسافت افزایش می‌دهیم، اما از نظر قدرت به همان میزان ضرر می‌کنیم.

افسانه ای وجود دارد که ارشمیدس که از کشف قانون اهرم خوشحال شده بود، فریاد زد: "به من تکیه گاه بدهید و من زمین را بلند می کنم!"

البته ارشمیدس حتی اگر تکیه گاه و اهرمی به طول لازم به او داده می شد، نمی توانست با چنین وظیفه ای کنار بیاید. برای بلند کردن طول زمین فقط 1 سانتی متر است، بازوی اهرمی بایدیک کمان با طول بسیار زیاد را توصیف می کند. میلیون ها سال طول می کشد تا انتهای طولانی اهرم در این مسیر حرکت کند، مثلاً با سرعت 1 متر بر ثانیه.

نوع اهرم هیچ سودی در کار ایجاد نمی کند - بلوک ثابت، که آسان استبا تجربه متقاعد شوید راه ها، نقاط قابل عبورکاربرد نیروهای P و F یکسان است، نیروها یکسان هستند و بنابراین کار یکسان است.

می توانید کار انجام شده را با کمک یک بلوک متحرک اندازه گیری و مقایسه کنید. برای بلند کردن بار به ارتفاع h با استفاده از یک بلوک متحرک، به انتهای طنابی که دینامومتر به آن وصل شده نیاز دارید،همانطور که تجربه نشان می دهد (شکل 171)، به 2h بروید. بنابراین، در حالی که افزایش قدرت 2 برابری را به دست می آورند، در راه 2 برابر از دست می دهند، بنابراین، بلوک متحرک سودی در کار ایجاد نمی کند.

تمرین قرن‌ها نشان داده است که هیچ یک از مکانیسم‌ها سودی در کار ایجاد نمی‌کند. مکانیسم های مختلفی استفاده می شود بسته به شرایط کاردر قدرت یا در راه پیروز شوید.

دانشمندان باستانی از قبل قانونی را می دانستند که برای همه مکانیسم ها قابل اجرا است: تعداد دفعاتی که در قدرت برنده می شویم، تعداد دفعاتی که در فاصله از دست می دهیم. این قانون «قانون طلایی» مکانیک نامیده شده است.

سوالات. 1. چه رابطه ای بین نیروهای وارد بر اهرم و بازوهای این نیروها وجود دارد؟ 2. چه رابطه ای بین مسیرهای طی شده توسط نقاط اعمال نیرو بر روی اهرم و این نیروها وجود دارد؟ 3. آیا ممکن است از اهرم برای پیروزی استفاده کنیددر حال اجرا؟ پس آنها چه چیزی را از دست می دهند؟ 4. چند بار در راه با استفاده از بلوک متحرک برای بلند کردن بار ضرر می کنند؟ 5. «قاعده طلایی» مکانیک چیست؟

تمرینات

1. با استفاده از یک بلوک متحرک، بار به ارتفاع 1.5 متر افزایش یافت، انتهای آزاد طناب چقدر طولانی شد؟
2. با استفاده از یک بلوک متحرک، بار را به ارتفاع 7 متر رساندند، اگر کارگر در هنگام بلند کردن بار چه کاری انجام داد نیروی اعمال شده به انتهای طناب 160 نیوتن اگر کارگری بدون بلوک این بار را تا ارتفاع 7 متری بلند کند چقدر کار می کند؟ (وزن بلوک و نیروی اصطکاک را در نظر نگیرید.)
3. چگونه از یک بلوک برای بدست آوردن فاصله استفاده کنیم؟
4. چگونه می توانید بلوک های ثابت و متحرک را به یکدیگر متصل کنید تا قدرت 4 برابری بدست آورید؟ 6 بار؟

ورزش کنید.

ثابت کنید که قانون برابری کار ("قاعده طلایی" مکانیک) در مورد آن صدق می کند ماشین هیدرولیک. اصطکاک بین پیستون ها و دیواره رگ ها را نادیده بگیرید.

توجه داشته باشید. از شکل 132 برای اثبات استفاده کنید هنگامی که یک پیستون کوچک، تحت تأثیر نیروی F1، به سمت پایین حرکت می کند حجم معینی از مایع را جابجا می کند. حجم مایع زیر پیستون بزرگ به همان میزان افزایش می یابد که به ارتفاع h2 می رسد.

§ 62. برابری کار هنگام استفاده از مکانیسم های ساده. " قانون طلایی» مکانیک – فیزیک پایه هفتم (پریشکین)

توضیح مختصر:

ما قبلاً چندین مکانیسم ساده را بررسی کرده ایم. برخی آن را با جزئیات زیاد مطالعه کردند (اهرم، بلوک)، برخی دیگر فقط به آن اشاره کردند. ما باید قبلاً متوجه شده باشیم که همه مکانیسم های ساده زندگی یک فرد را آسان تر می کند. آنها یا افزایش قدرت ایجاد می کنند یا به شما اجازه می دهند جهت نیرو را تغییر دهید و در نتیجه اعمال شخص را راحت تر می کنند.
اما ما چنین کمیت فیزیکی را کار می شناسیم. این سؤال به طور طبیعی مطرح می شود: با استفاده از مکانیسم های ساده چه نوع سودی در کار به دست می آوریم؟ پاسخ دلسرد کننده است: هیچ کدام. هیچ مکانیسم ساده ای نمی تواند به شما در کار پیروز شود.
در بند شصت و دوم این نتیجه از طریق محاسبات حاصل می شود. این ابتدا برای اهرم انجام می شود. سپس خروجی به بلوک ثابت و سپس به بلوک متحرک گسترش می یابد.
مکانیسم های ساده ای استفاده می شود. برای افزایش قدرت یا فاصله. شما نمی توانید در هر دو برنده شوید. وقتی در یکی برنده می شوید در دیگری شکست می خورید. این "قانون طلایی" مکانیک است. حتی در زمان های قدیم برای مردم شناخته شده بود. حالا شما هم آن را خواهید دانست.

حل مسائل با موضوع: برابری کار هنگام استفاده از مکانیسم های ساده. قانون طلایی مکانیک

اهداف درس:دانش خود را در مورد موضوع "مکانیسم های ساده" به روز کنید و یاد بگیرید موقعیت عمومیبرای همه انواع مکانیسم های ساده که "قانون طلایی" مکانیک نامیده می شود.

ثابت کنید که مکانیسم های ساده مورد استفاده در کار باعث افزایش قدرت می شود و از طرف دیگر به شما امکان می دهد جهت حرکت بدن را تحت تأثیر نیرو تغییر دهید.

پرورش فرهنگ فکری در سوق دادن دانش آموزان به درک قوانین اساسی مکانیسم های ساده - توسعه توانایی تعمیم داده های شناخته شده بر اساس برجسته کردن چیز اصلی.

عناصر جستجوی خلاقانه را بر اساس تکنیک تعمیم تشکیل دهید.

پیشرفت درس

1-لحظه سازمانی

2. بررسی تکالیف

بررسی پیشانی:

1. چه وسایلی را مکانیسم های ساده می نامند، چه چیزی را خدمت می کنند؟

2. چه مکانیسم های ساده ای را می شناسید؟

3-اهرم چیست؟ برای چه استفاده می شود؟

4. به چه چیزی شانه قدرت می گویند؟ یک لحظه قدرت؟

5. شرایط تعادل اهرم را فرموله کنید؟

6. "قاعده طلایی مکانیک" را تدوین کنید

7. چرا دستگیره درآنها نه به وسط در، بلکه در لبه آن متصل می شوند.

8. آیا می توان زمین را به کمک اهرم با تکیه گاه برگرداند؟ پاسخ خود را توجیه کنید.

3. حل مسئله

وظیفه: طول بازوی اهرمی کوچکتر 5 سانتی متر است، بازوی بزرگتر 30 سانتی متر است. چه مقدار نیرو باید به بازوی بزرگتر وارد شود تا اهرم متعادل شود؟ افزایش قدرت را پیدا کنید؟

داده شده: Si: راه حل:

l 1 = 5 cm 0.05 m 1) اجازه دهید شرایط تعادل اهرم را بنویسیم:

l 2 = 30 c m 0.3 m

F 1 = 12 N اجازه دهید F 2 را از آن بیان کنیم:

F 2 = ?

F 1 / F 2 = ? 2) بیایید سود را در قدرت پیدا کنیم، یعنی.

.

پاسخ: F 2 = 2H، F 1 / F 2 = 6H.

با استفاده از مثال مشکل را حل کنید:بازوی کوچکتر اهرم تحت نیروی 300 نیوتن و بازوی بزرگتر با نیروی 20 نیوتن وارد می شود. طول بازوی کوچکتر 5 سانتی متر است طول بازوی بزرگتر را تعیین کنید. یک نقاشی بکشید.

خودتان را امتحان کنید (پاسخ: 0.75 متر)

با استفاده از مثال مشکل را حل کنید:نیروهای 25N و 150N در انتهای اهرم عمل می کنند. فاصله نقطه تکیه گاه تا نیروی بزرگتر 3 سانتی متر است اگر تحت تأثیر این نیروها در حالت تعادل است، طول آن را تعیین کنید؟

خودتان را بیازمایید (پاسخ: 0.21 متر)

وظیفه: با استفاده از اهرم باری به وزن 200 کیلوگرم برداشته شد. اگر نیروی وارد بر بازوی بلند اهرم 400 ژول کار کند، بار تا چه ارتفاعی بالا می رود؟

بیایید یک نقاشی توضیحی ایجاد کنیم:

ل 2

داده شده: Si: راه حل:

m 1 = 200kg 1) بیایید "قانون طلایی" مکانیک را به صورت ریاضی بنویسیم: A 1 = A 2

A 2 = 400 J 2) طبق تعریف، شغل- حاصل نیرویی که در طول حرکت وارد می شود

h = ? جسم، مسیری که بدن تحت تأثیر این نیرو طی می کند. سپس:

A 1 = F 1 h 1

اجازه دهید h 1 را از این فرمول بیان کنیم:

3) برای یافتن F 1 از فرمول برای یافتن نیروی گرانش یک بار استفاده می کنیم:

F 1 = F رشته = m 1 گرم = 200 کیلوگرم · 10N/kg = 2000N

4) با توجه به اینکه A 1 = A 2، h 1 را محاسبه کنید:

پاسخ: h 1 = 0.2 نیوتن.

با استفاده از مثال مشکل را حل کنید:با استفاده از یک اهرم، دری به وزن 0.84 کیلو نیوتن کمی بلند شد و روی بازوی بلند با نیروی 30 نیوتن عمل کرد. در عین حال متعهد شد کار مکانیکی 26J. درب چقدر بلند شده بود و انتهای بازوی اهرمی بلند چقدر حرکت کرد؟

خودتان را آزمایش کنید (پاسخ: تا قد 3.1 سانتی متر؛ 8.7 سانتی متر) (در خانه)

مشق شبدر مورد موضوعی که مطالعه می کنید مشکلی را مطرح کنید و آن را حل کنید. POV پاراگراف 47

برابری کار هنگام استفاده از مکانیسم های ساده. "قانون طلایی" مکانیک.

• معلم فیزیک Puchkova S.A.
• مدرسه متوسطه MBOU سوخوفسکایا

• وسایلی که برای تبدیل نیرو استفاده می شوند مکانیسم نامیده می شوند.

• اهرم (بلوک، دروازه)،
• صفحه شیب دار (گوه، پیچ).

• برنامه

• قاعده اهرم زیربنای عمل انواع مختلف ابزارهای مورد استفاده در زندگی روزمره و فناوری است که در آن افزایش قدرت یا مسیر مورد نیاز است.

• بلوک ثابت بلوکی است که محور آن ثابت است و هنگام بلند کردن بار بالا یا پایین نمی‌رود.

• بلوک متحرک بلوکی است که محور آن همراه با بار بالا و پایین می رود. 2 برابر افزایش قدرت می دهد.

• در عمل از ترکیب یک بلوک متحرک و یک بلوک ثابت استفاده می شود. یک بلوک ثابت برای راحتی استفاده می شود. در نیرو افزایشی نمی دهد، اما جهت نیرو را تغییر می دهد.

• ساخت و ساز

• دارو

• پیچ

• مکانیسم های ساده در زمان های قدیم استفاده می شد.

• استفاده

• دروازه ها

• برای تامین آب از سطح پایین یک رودخانه یا کانال به سطح بالایی، به عنوان مثال به کانال دیگری، که از طریق آن "به خودی خود" بیشتر جریان می یابد، یک روش ساده اما بسیار موثر دستگاه فنی- شادوف به نظر می رسد یک جرثقیل - یک اهرم بلند با وزنه تعادل.

• یونانی ها سعی کردند با استفاده از تجهیزات ساختمانی میزان کار یدی را کاهش دهند. در قرن ششم قبل از میلاد آنها دو جرثقیل اختراع کردند: برای بلند کردن کوچک و بزرگتر بارهای سنگین. از تصاویری که باستان شناسان در میان ویرانه های یکی از شهرهای باستانی یافتند، می توان نحوه عملکرد او را مشخص کرد. چرخ این جرثقیل عظیم توسط پنج نفر می چرخید، در حالی که دو نفر از پایین و دو نفر از بالا بار را هدایت می کردند.

• مکانیسم های ساده عمدتاً برای به دست آوردن افزایش قدرت استفاده می شود. نیروی وارد بر بدن را چندین بار افزایش دهید.

• سوال

• بیایید آن را انجام دهیم

• مسیرهایی که نقاط اعمال نیرو روی اهرم طی می کنند با نیروها نسبت معکوس دارند.

• h1 / h2 = F2 / F1

• با عمل بر روی بازوی بلند اهرم، قدرت می گیریم، اما در عین حال در طول مسیر به همان میزان ضرر می کنیم.

• با استفاده از اهرم
• ما می توانیم برنده شویم یا در حال اجرا,
• یا در فاصله.

• افسانه ارشمیدس می گوید که با خوشحالی از کشف قانون اهرم، فریاد زد: "به من تکیه گاه بدهید و من زمین را حرکت خواهم داد."

• V = 30000 کیلومتر بر ثانیه
• t = 10 میلیون سال

• بلوک متحرک هیچ سودی در کار ندارد

• چند بار ما با قدرت پیروز می شویم، چندین بار باختن از راه دور

• "قانون طلایی" مکانیک در مورد همه مکانیسم ها صدق می کند.

• انواع مکانیسم ها

• 1. با استفاده از یک بلوک متحرک، بار تا ارتفاع 1.5 متر افزایش یافت.
• 1.5 متر 0.75 متر 3 متر
• 2. با استفاده از یک بلوک متحرک، بار را تا ارتفاع 7 متر بالا بردند، اگر کارگر نیرویی معادل 160 نیوتن به انتهای طناب وارد کند، در هنگام بلند کردن بار چقدر کار کرده است؟ اگر این بار را تا ارتفاع 5 متر بلند کند چقدر کار می کند؟

• درسته!

• خطا!!!