Классы
Предметы

Простые механизмы. Рычаг (Зотов А.Е.)

Этот видеоурок доступен по абонементу
Подробнее об абонементе, платных и бесплатных уроках

У вас уже есть абонемент? Войти

Оплатить абонементот 75 руб. в месяц
У вас уже есть абонемент? Войти
Простые механизмы. Рычаг  (Зотов А.Е.)

На этом уроке мы изучим простые механизмы. Узнаем, каких видов бывают рычаги, и опытным путем определим их эффективность. Познакомимся с блоками и видами блоков, с помощью опытов установим функции подвижного и неподвижного блоков.

Введение

Простые механизмы – это устройства, которые преобразуют силу. К простым механизмам относят рычаг, блок, наклонную плоскость (ворот).

Рычаг

Рычаг

Рычаг – твердое тело, которое может вращаться вокруг неподвижной оси (рис. 1).

Рис. 1. Примеры рычагов в быту

Рычаг первого рода

Проведем опыт с рычагом.

К штативу прикрепили рычаг, который может вращаться вокруг точки опоры, уравновесили этот рычаг и подвесили груз. К плечу lподвесили груз массой 200 г, расстояние от оси до груза – 10 см, на плече действует сила 2 Н. К плечу l2 подвесили груз массой 100 г, расстояние от оси до груза – 20 см, на плече действует сила 1 Н. Силу в 2 Н смогли уравновесить силой 1 Н, получив выигрыш в силе в два раза (рис. 2).

Рис. 2. Демонстрация опыта с рычагом

Переместив грузы на плечо l1 на расстояние 5см от оси до груза, рычаг выйдет из равновесия, и, чтобы его уравновесить, необходимо груз на плечо lпереместить на расстояние 10 см от оси до груза.

Изменяя расстояния грузов до оси вращения рычага, но не меняя значения сил действующих на рычаг, можно прийти к выводу, что рычаг находится в равновесии, если отношение сил обратно пропорционально отношению плеч этих сил.

 – правило равновесия рычага.

Это правило установил Архимед (рис. 3) в III веке до н. э.

Рис. 3. Архимед

Отсюда следует:

Произведение силы на плечо называется моментом силы:

 – единица измерения момента силы в системе СИ.

Сила F2  при оси О будет иметь момент, который будет вращать тело по часовой стрелке. Сила Fпри оси О будет иметь момент, который будет вращать тело против часовой стрелки (рис. 4). Из этого мы получаем правило моментов сил . Для того чтобы рычаг был в равновесии, нужно, чтобы момент силы, действующей по часовой стрелке, был равен моменту действующей силы против часовой стрелки.

Рис. 4. Действие моментов сил на рычаг

Рычаг второго рода

К рычагам относятся тела, которые имеют ось вращения на конце (рис. 5).

Рис. 5. Пример рычага второго рода (Источник)

Изобразим на штативе рычаг второго рода, с осью О на конце. Сила F2 имеет плечо l2, сила подъема F1, имеет плечо l(рис. 6).

Рис. 6. Рычаг второго рода

Для рассмотрения условия равновесия такого рычага также применяется правило моментов .

Блок

Блок – это разновидность рычага, представляет собой колесо с желобом (рис. 7), через желоб можно пропустить веревку, трос, канат или цепь.

Рис. 7. Блок

Опыт с неподвижным блоком

Закрепим на штативе неподвижный блок, на одном конце веревки разместим грузик массой 100 г, пропустим веревку через блок и второй конец веревки закрепим к динамометру. Начнем поднимать груз, динамометр показывает силу 1 Н, сила тяжести, действующая на грузик, тоже 1 Н, но при этом мы можем менять направление силы, для этого и нужен неподвижный блок. Он не дает выигрыш в силе (рис. 8). 

 Рис. 8. Изменения направления силы с помощью неподвижного блока (Источник)

Опыт с подвижным блоком

Один конец веревки закреплен неподвижно, веревка продета через подвижный блок массой 50 г, к которому прикреплен груз массой 350 г. Далее веревка продета через неподвижный блок и прикреплена к динамометру. Сила, действующая на систему, – 4 Н. Потянув динамометр, мы увидим, что он показывает силу в 2 Н. Таким образом, подвижный блок позволяет получить выигрыш в силе в два раза (рис. 9).

Рис. 9. Выигрыш в силе с помощью подвижного блока

Разберем, почему так происходит, и докажем, применяя правило моментов.

На схеме 1 ниже изображен неподвижный блок, с силами, действующими на него. Запишем правило момента сил конкретно для этого случая:

R – радиус блока

сокращаем равные радиусы и получаем:

Схема 1. Неподвижный блок

В данном случае неподвижный блок изменяет только направление силы и выигрыша в силе не дает.

На схеме 2 изображен подвижный блок, запишем правило момента сил для этого блока.

сокращаем равные радиусы и получаем:

Схема 2. Подвижный блок

На основание правила моментов мы доказали, что подвижный блок дает выигрыш в силе в два раза.

 

Список литературы

  1. Лукашик В.И., Иванова Е.В. Сборник задач по физике для 7–9 классов общеобразовательных учреждений. – 17-е изд. – М.: Просвещение, 2004.
  2. Перышкин А.В. Физика. 7 кл. – 14-е изд., стереотип. – М.: Дрофа, 2010.
  3. Перышкин А.В. Сборник задач по физике, 7–9 кл.: 5-е изд., стереотип. – М: Издательство «Экзамен», 2010.

 

Дополнительные рекомендованные ссылки на ресурсы сети Интернет

  1. Naukamira.ru (Источник).
  2. Files.school-collection.edu.ru (Источник).
  3. Polnaja-jenciklopedija.ru (Источник).

 

Домашнее задание

  1. В чем заключается правило рычага? Кто его открыл?
  2. Приведите примеры рычагов в теле человека.