Mi a feltétele a kar egyensúlyának? A kar egyensúlyi törvényének alkalmazása blokkra: a mechanika aranyszabálya. IV. Az új ismeretek asszimilációjának szakasza

Szakaszok: Fizika

Az óra típusa: lecke az új anyagok tanulásában

Az óra céljai:

• Nevelési:
  • az egyszerű természeti és technológiai mechanizmusok használatának megismerése;
  • információforrás-elemzési készségek fejlesztése;
  • kísérleti úton állapítsa meg a kar egyensúlyának szabályát;
  • a tanulók kísérletezési (kísérletezési) képességének fejlesztésére és azokból következtetések levonására.
• Nevelési:
  • fejlessze a tanult anyag alapján megfigyelési, elemzési, összehasonlítási, általánosítási, osztályozási, diagramkészítési, következtetések megfogalmazásának képességét;
  • fejleszteni kell a kognitív érdeklődést, a gondolkodás és az intelligencia függetlenségét;
  • fejleszteni az írástudást szóbeli beszéd;
  • gyakorlati munkakészségeket fejleszteni.
• Nevelési:
  • erkölcsi nevelés: természetszeretet, bajtársi kölcsönös segítségnyújtás, csoportmunka etika;
  • kultúra ápolása a nevelő-oktató munka megszervezésében.

Alapfogalmak:

• mechanizmusok
• emelőkar
• váll ereje
• Blokk
• kapu
• ferde sík
• ék
• csavar

Felszerelés: számítógép, prezentáció, szórólapok (munkakártyák), emelőkar állványon, súlykészlet, laboratóriumi készlet „Mechanika, egyszerű mechanizmusok».

AZ ÓRÁK ALATT

I. Szervezési szakasz

1. Köszöntés.
2. A távollévők meghatározása.
3. A tanulók órára való felkészültségének ellenőrzése.
4. A tanterem tanórára való felkészültségének ellenőrzése.
5. A figyelem megszervezése .

II. Házi feladat ellenőrzési szakasz

1. Felfedve, hogy az egész osztály elvégezte a házi feladatot.
2. A munkafüzetben szereplő feladatok vizuális ellenőrzése.
3. Az egyes tanulók feladatmeghiúsulási okainak feltárása.
4. Kérdések a házi feladattal kapcsolatban.

III. A tanulók felkészítésének szakasza az új anyagok aktív és tudatos asszimilációjára

"Elforgathatnám a Földet egy karral, csak adj támaszpontot"

Archimedes

Találd ki a rejtvényeket:

1. Két gyűrű, két vége, és egy csap a közepén. ( Olló)

2. Két nővér hintázott – keresték az igazságot, és amikor elérték, abbahagyták. ( Mérleg)

3. Meghajol, meghajol - hazajön - kinyúlik. ( Fejsze)

4. Miféle csodaóriás ez?
Kezét a felhők felé nyújtja
Működik:
Segít házat építeni. ( Daru )

– Nézd meg újra figyelmesen a válaszokat, és nevezd meg egy szóval. A „fegyver, gép” görögül fordításban „mechanizmusokat” jelent.

Gépezet- tól től görög szó"????v?" – fegyver, Építkezés.
Autó– a latin szóból machina" – Építkezés.

– Kiderült, hogy egy közönséges bot a legegyszerűbb mechanizmus. Ki tudja, hogy hívják?
– Fogalmazzuk meg együtt az óra témáját: ….
– Nyissa ki a füzeteit, írja le az óra dátumát és témáját: „Egyszerű mechanizmusok. Egy kar egyensúlyának feltételei."
– Milyen célt tűzzünk ki neked ma az órán...

IV. Az új ismeretek asszimilációjának szakasza

„Elforgathatnám a Földet egy karral, csak adj egy támaszpontot” – ezeket a szavakat, amelyek leckénk epigráfiája, Arkhimédész mondta több mint 2000 évvel ezelőtt. De az emberek még mindig emlékeznek rájuk, és szájról szájra adják őket. Miért? Igaza volt Arkhimédésznek?

– A karokat az ókorban kezdték használni az emberek.
- Szerinted mire valók?
– Persze, hogy könnyebb legyen a munka.
– A kart először távoli ősapánk használta, aki bottal nehéz köveket mozgatott ehető gyökereket vagy a gyökerek alatt megbúvó kis állatokat keresve. Igen, igen, elvégre egy közönséges bot, aminek van egy támaszpontja, ami körül forgatható, igazi kar.
Sok bizonyíték van arra, hogy az ókori országokban - Babilonban, Egyiptomban, Görögországban - az építők széles körben használtak karokat szobrok, oszlopok és hatalmas kövek emelésekor és szállításakor. Akkor még fogalmuk sem volt a tőkeáttétel törvényéről, de azt már jól tudták, hogy egy kar ügyes kezekben a nehéz terhet könnyűvé változtatja.
Emelőkar– szinte minden modern gép, szerszámgép, mechanizmus szerves része. A kotrógép árkot ás - kanállal ellátott vas „karja” karként működik. A vezető a sebességváltó kar segítségével változtatja az autó sebességét. A gyógyszerész nagyon precíz gyógyszertári mérlegre akasztja a porokat, ezeknek a mérlegeknek a fő része a kar.
Amikor a kertben ágyásokat ásunk, a kezünkben lévő lapát is kar lesz. Mindenféle lengőkar, fogantyú és kapu mind kar.

- Ismerkedjünk meg egyszerű mechanizmusokkal.

Az osztály hat kísérleti csoportra oszlik:

1. egy ferde síkot tanulmányoz.
2. megvizsgálja a kart.
A 3. a blokkot tanulmányozza.
A 4. a kaput tanulmányozza.
Az 5. az éket tanulmányozza.
6. tanulmányozza a csavart.

A munkavégzés a munkakártyán minden csoportra javasolt leírás szerint történik. ( 1. számú melléklet )

A tanulók válaszai alapján diagramot készítünk. ( 2. függelék )

– Milyen mechanizmusokkal ismerkedett meg...
– Mire használják az egyszerű mechanizmusokat? ...

Emelőkar- merev test, amely egy rögzített támasz körül forogni képes. A gyakorlatban a kar szerepét betöltheti egy bot, deszka, feszítővas stb.
A karnak van egy támaszpontja és egy válla. Váll– ez a legrövidebb távolság a támaszponttól az erő hatásvonaláig (azaz a támaszponttól az erő hatásvonaláig leeresztett merőlegesig).
Jellemzően a karra ható erők a testek súlyának tekinthetők. Az egyik erőt ellenállási erőnek, a másikat hajtóerőnek nevezzük.
A képen ( 4. függelék ) egy egyenlő karú kart lát, amely az erők kiegyenlítésére szolgál. A tőkeáttétel ilyen alkalmazására példa a skála. Mit gondol, mi fog történni, ha az egyik erő megduplázódik?
Így van, a mérleg ki fog dőlni (közönséges mérlegen mutatom).
Szerinted van mód a nagyobb és a kisebb hatalom egyensúlyára?

Srácok, ajánlom nektek a tanfolyamot mini-kísérlet levezetni a kar egyensúlyi feltételét.

Kísérlet

Az asztalokon laboratóriumi karok vannak. Nézzük meg együtt, mikor lesz egyensúlyban a kar.
Ehhez akasszon fel egy súlyt a horogra a jobb oldalon a tengelytől 15 cm távolságra.

• Egyensúlyozza a kart egyetlen súllyal. Mérje meg a bal vállát.
• Egyensúlyozza a kart, de két súllyal. Mérje meg a bal vállát.
• Egyensúlyozza a kart, de három súllyal. Mérje meg a bal vállát.
• Egyensúlyozza a kart, de négy súllyal. Mérje meg a bal vállát.

– Milyen következtetéseket vonhatunk le:

• Ahol több az erő, ott kisebb a tőkeáttétel.
• Ahányszor nőtt az erő, annyiszor csökkent a váll,

- Fogalmazzuk meg kar egyensúlyi szabály:

Egy kar akkor van egyensúlyban, ha a rá ható erők fordítottan arányosak ezen erők karjaival.

– Most próbáld meg matematikailag felírni ezt a szabályt, azaz a képletet:

F 1 l 1 = F 2 l 2 => F 1 / F 2 = l 2 / l 1

A karok egyensúlyának szabályát Arkhimédész állapította meg.
Ebből a szabályból az következik hogy kisebb erővel kar segítségével kiegyensúlyozható egy nagyobb erő.

Kikapcsolódás: Csukja be a szemét, és fedje le a tenyerével. Képzeljen el egy fehér papírlapot, és próbálja meg gondolatban ráírni a vezeték- és keresztnevét. Helyezzen pontot a bejegyzés végére! Most felejtse el a betűket, és csak az időszakot emlékezzen. Úgy tűnik számodra, hogy egyik oldalról a másikra lassan, gyengéd ringató mozdulatokkal mozog. Megnyugodtál... vedd le a tenyeredet, nyisd ki a szemed, visszatérünk a való világba tele erővelés energia.

V. Az új ismeretek megszilárdításának szakasza

1. Folytasd a mondatot...

• A kar... merev test, amely egy rögzített támasz körül foroghat
• A kar egyensúlyban van, ha... a rá ható erők fordítottan arányosak ezen erők karjaival.
• A hatalom áttétele... a legrövidebb távolság a támaszponttól az erő hatásvonaláig (vagyis a támaszponttól az erő hatásvonaláig leesett merőleges).
• Az erő mértéke...
• A tőkeáttétel mértéke...
• Az egyszerű mechanizmusok közé tartozik... kar és fajtái: – ék, csavar; ferde sík és fajtái: ék, csavar.
• Egyszerű mechanizmusokra van szükség... hatalom megszerzése érdekében

2. Töltse ki a táblázatot (egyedül):

Keressen egyszerű mechanizmusokat az eszközökben

KÖLCSÖNÖS ELLENŐRZÉS

A kölcsönös ellenőrzés utáni értékelést vigye át az önértékelési kártyára.

Igaza volt Arkhimédésznek?

Arkhimédész biztos volt benne, hogy nincs olyan nehéz teher, amelyet az ember ne tudna felemelni - csak egy kart kell használnia.
Arkhimédész mégis eltúlozta az emberi képességeket. Ha Arkhimédész tudná, milyen hatalmas a tömeg Földgolyó, akkor valószínűleg tartózkodott volna a legenda által neki tulajdonított felkiáltástól: „Adj egy támaszpontot, és felemelem a Földet!” Hiszen a Föld mindössze 1 cm-es mozgatásához Arkhimédész kezének 10 18 km-t kell megtennie. Kiderült, hogy ahhoz, hogy a Földet egy milliméterrel elmozdíthassuk, a kar hosszú karjának 100 000 000 000 billióval nagyobbnak kell lennie, mint a rövid karnak. egyszer! Ennek a karnak a vége 1 000 000 billiót utazna. kilométer (körülbelül). És az embernek sok millió évbe telne egy ilyen utat bejárni!... De ez már egy másik leckének a témája.

VI. Tájékoztatás szakasza a tanulóknak a házi feladatról, utasítások a kitöltéshez

1. Összegzés: milyen új dolgokat tanultak az órán, hogyan működött az osztály, mely tanulók dolgoztak különösen szorgalmasan (osztályzatok).

2. Házi feladat

Mindenki: § 55-56
Érdeklődőknek: készíts keresztrejtvényt „Egyszerű mechanizmusok otthonomban” témában.
Egyénileg: készítsen üzeneteket vagy prezentációkat „Előkarok a vadonban”, „Kezeink ereje”.

- Az órának vége! Viszlát, minden jót neked!

A kar egy merev test, amely egy rögzített pont körül foroghat.

Egy fix pontot támaszpontnak nevezünk.

A kar jól ismert példája a hinta (25.1. ábra).

Mikor egyensúlyoz két ember egy libikókán? Kezdjük a megfigyelésekkel. Természetesen Ön is észrevette, hogy két hintán álló ember egyensúlyozza egymást, ha megközelítőleg azonos súlyúak és megközelítőleg azonos távolságra vannak a támaszponttól (25.1. ábra, a).

Rizs. 25.1. Egy hinta egyensúlyi feltétele: a - egyenlő súlyú emberek egyensúlyozzák egymást, amikor a támaszponttól egyenlő távolságra ülnek; b - a különböző súlyú emberek egyensúlyozzák egymást, amikor a nehezebb a támaszponthoz közelebb ül

Ha ez a kettő nagyon eltérő súlyú, akkor csak akkor egyensúlyozzák ki egymást, ha a nehezebbik sokkal közelebb ül a támaszponthoz (25.1. ábra, b).

Most térjünk át a megfigyelésekről a kísérletekre: keressük meg kísérletileg a kar egyensúlyának feltételeit.

Tegyük fel a tapasztalatokat

A tapasztalat azt mutatja, hogy az egyenlő súlyú terhek kiegyensúlyozzák a kart, ha a támaszponttól egyenlő távolságra vannak felfüggesztve (25.2. ábra, a).

Ha a terhelések különböző súlyúak, akkor a kar akkor van egyensúlyban, ha a nagyobb teher annyiszor közelebb van a támaszponthoz, ahányszor nagyobb, mint tüdő súlya rakomány (25.2. ábra, b, c).

Rizs. 25.2. Kísérletek egy kar egyensúlyi állapotának megtalálására

A kar egyensúlyi állapota. A támaszpont és az egyenes vonal közötti távolságot, amely mentén az erő hat, az erő karjának nevezzük. Jelöljük F 1 és F 2 -vel a kart a terhek oldaláról ható erőket (lásd a 25.2. ábra jobb oldalán lévő diagramokat). Jelöljük ezeknek az erőknek a vállát l 1, illetve l 2 értékkel. Kísérleteink kimutatták, hogy a kar akkor van egyensúlyban, ha a karra ható F 1 és F 2 erők hajlamosak ellentétes irányba forgatni, és az erők moduljai fordítottan arányosak ezen erők karjaival:

F 1 /F 2 = l 2 /l 1.

A kar egyensúlyának ezt a feltételét Arkhimédész kísérletileg megállapította a Kr.e. 3. században. e.

Kísérletileg tanulmányozhatja egy kar egyensúlyi állapotát laboratóriumi munka № 11.

A kar egy merev test, amely egy rögzített pont körül foroghat. A fix pontot ún támaszpont. A támaszpont és az erő hatásvonala közötti távolságot ún váll ezt az erőt.

A kar egyensúlyi állapota: a kar egyensúlyban van, ha a karra ható erők F 1És F 2 hajlamosak ellentétes irányba forgatni, és az erők moduljai fordítottan arányosak ezen erők vállával: F 1 / F 2 = l 2 / l 1 Ezt a szabályt Arkhimédész állapította meg. A legenda szerint így kiáltott fel: Adj támpontot, és felemelem a Földet .

A kar számára ez teljesül « aranyszabály» mechanika (ha a kar súrlódása és tömege elhanyagolható).

Ha erőt fejt ki egy hosszú karra, akkor a kar másik végével felemelhet olyan terhet, amelynek súlya jelentősen meghaladja ezt az erőt. Ez azt jelenti, hogy a tőkeáttétel használatával teljesítménynövekedés érhető el. Ha tőkeáttételt használunk, az erőnövekedés szükségszerűen azonos veszteséggel jár együtt.

A hatalom pillanata. Pillanatok szabálya

Az erőmodulus és a váll szorzatát ún erőpillanat.M = Fl , ahol M az erőnyomaték, F az erő, l az erő áttétele.

Pillanatok szabálya: Egy kar akkor van egyensúlyban, ha a kart egy irányba forgatni kívánó erők nyomatékainak összege megegyezik az ellenkező irányba forgató erők nyomatékainak összegével. Ez a szabály mindenre igaz szilárd, képes egy rögzített tengely körül forogni.

Az erőnyomaték az erő forgó hatását jellemzi. Ez a művelet mind az erőtől, mind a befolyásától függ. Éppen ezért például amikor ajtót akarnak nyitni, igyekeznek a forgástengelytől minél távolabb erőt kifejteni. Kis erő segítségével jelentős pillanat jön létre, és kinyílik az ajtó. Sokkal nehezebb kinyitni a zsanérok közelében nyomással. Ugyanezen okból az anyát könnyebb hosszabbítóval lecsavarni csavarkulcs, a csavar könnyebben eltávolítható szélesebb fogantyús csavarhúzóval stb.

Az erőnyomaték SI mértékegysége newton méter (1 N*m). Ez egy 1 N erejű erő nyomatéka, amelynek vállszélessége 1 m.

Tudod mi az a blokk? Ez egy kerek horoggal ellátott dolog, amelyet építkezéseken a terhek magasba emelésére használnak.

Úgy néz ki, mint egy kar? Alig. A blokk azonban egy egyszerű mechanizmus is. Sőt, beszélhetünk a kar egyensúlyi törvényének a blokkra való alkalmazhatóságáról. Hogyan lehetséges ez? Találjuk ki.

Az egyensúlyi törvény alkalmazása

A blokk egy olyan eszköz, amely egy horonnyal ellátott kerékből áll, amelyen keresztül kábelt, kötelet vagy láncot vezetnek át, valamint egy, a keréktengelyhez rögzített kampóval ellátott kapocsból. A blokk lehet rögzített vagy mozgatható. A rögzített blokknak fix tengelye van, és nem mozdul el teher felemelésekor vagy leengedésekor. Az álló blokk segít megváltoztatni az erő irányát. Ha egy kötelet átdobunk egy ilyen, felül felfüggesztett tömbön, felfelé tudjuk emelni a terhet, miközben magunk alatt vagyunk. A rögzített blokk használata azonban nem ad erőnövekedést. Elképzelhetünk egy blokkot egy kar formájában, amely egy rögzített támasz - a blokk tengelye - körül forog. Ekkor a blokk sugara megegyezik az erők mindkét oldalán kifejtett karokkal - a kötelünk vonóereje a terhelés egyik oldalán és a terhelés gravitációs ereje a másik oldalon. A vállak egyenlőek lesznek, így nincs erőnövekedés.

Mozgó blokknál más a helyzet. A mozgó blokk a teherrel együtt mozog, mintha kötélen feküdne. Ebben az esetben a támaszpont minden pillanatban a blokk és a kötél érintkezési pontján lesz az egyik oldalon, a terhelés hatása a blokk közepére hat, ahol az a tengelyhez kapcsolódik. , és a vonóerőt a tömb másik oldalán lévő kötéllel való érintkezési pontra kell kifejteni. Vagyis a testsúly válla a blokk sugara lesz, a tolóerőnk válla pedig az átmérője. Az átmérő, mint ismeretes, kétszerese a sugárnak, ennek megfelelően a karok hossza kétszeresen különbözik, és a mozgatható blokk segítségével elért szilárdságnövekedés kettővel egyenlő. A gyakorlatban egy rögzített blokk és egy mozgatható blokk kombinációját használják. A felül rögzített álló blokk nem ad erőnövekedést, de segít a teher felemelése alatt állva. A teherrel együtt mozgó mozgó blokk pedig megduplázza az alkalmazott erőt, segítve a nagy terhek magasba emelését.

A mechanika aranyszabálya

Felmerül a kérdés: a használt eszközök hasznot hoznak-e az üzemeltetés során? A munka a megtett út és a kifejtett erő szorzata. Tekintsünk egy kart olyan karokkal, amelyek karhossza kétszeresen különbözik egymástól. Ezzel a karral kétszeres erőnövekedést érünk el, de kétszer annyi tőkeáttétel kétszer olyan messzire megy. Vagyis az erőnövekedés ellenére az elvégzett munka ugyanaz lesz. Ez a munka egyenlősége egyszerű mechanizmusok használatakor: hányszor nyerünk erőt, hányszor veszítünk távolságban. Ezt a szabályt a mechanika aranyszabályának nevezik, és ez abszolút minden egyszerű mechanizmusra vonatkozik. Ezért az egyszerű mechanizmusok megkönnyítik az ember munkáját, de nem csökkentik az általa végzett munkát. Egyszerűen segítenek átváltani az egyik típusú erőfeszítést egy másikra, ami kényelmesebb egy adott helyzetben.