Fizik kaldıraç denge kuralı nedir? Kaldıracın denge yasasının bir bloğa uygulanması: mekaniğin altın kuralı. Arşimet haklı mıydı?

Bölümler: Fizik

Ders türü: yeni materyal öğrenme dersi

Dersin Hedefleri:

• Eğitici:
  • doğadaki ve teknolojideki basit mekanizmaların kullanımına aşinalık;
  • bilgi kaynaklarını analiz etme becerilerini geliştirmek;
  • kaldıraç dengesi kuralını deneysel olarak oluşturmak;
  • Öğrencilerin deney (deney) yapma ve bunlardan sonuç çıkarma becerilerini geliştirmek.
• Eğitici:
  • incelenen materyale dayanarak gözlemleme, analiz etme, karşılaştırma, genelleme, sınıflandırma, diyagramlar oluşturma, sonuçları formüle etme becerilerini geliştirmek;
  • bilişsel ilgiyi, düşünme bağımsızlığını ve zekayı geliştirmek;
  • yetkin sözlü konuşma geliştirmek;
  • pratik çalışma becerilerini geliştirmek.
• Eğitici:
  • ahlaki eğitim: doğa sevgisi, yoldaşça karşılıklı yardımlaşma duygusu, grup çalışması etiği;
  • Eğitim çalışmalarının organizasyonunda kültürün beslenmesi.

Temel konseptler:

• mekanizmalar
• manivela
• omuz gücü
• engellemek
• geçit
• eğik düzlem
• kama
• vida

Teçhizat: bilgisayar, sunum, bildiriler (çalışma kartları), tripod üzerinde kaldıraç, ağırlık seti, “Mekanik, basit mekanizmalar” konulu laboratuvar seti.

DERSLER SIRASINDA

I. Organizasyon aşaması

1. Selamlama.
2. Devamsızlık yapanların tespiti.
3. Öğrencilerin derse hazır olup olmadıklarının kontrol edilmesi.
4. Sınıfın derse hazırlığının kontrol edilmesi.
5. Dikkatin organizasyonu .

II. Ödev kontrol aşaması

1. Tüm sınıfın ödevlerini tamamladığını ortaya çıkarmak.
2. Çalışma kitabındaki görevlerin görsel kontrolü.
3. Bireysel öğrencilerin görevi tamamlayamamalarının nedenlerini bulmak.
4. Ödevle ilgili sorular.

III. Öğrencileri yeni materyalin aktif ve bilinçli özümsenmesine hazırlama aşaması

“Dünyayı bir kaldıraçla çevirebilirim, yeter ki bana bir dayanak noktası ver”

Arşimet

Bilmeceleri tahmin edin:

1. İki halka, iki uç ve ortada bir çivi. ( Makas)

2. İki kız kardeş sallanıyordu - gerçeği arıyorlardı ve bunu başardıklarında durdular. ( Terazi)

3. Eğilir, eğilir - eve gelecek - uzanacaktır. ( Balta)

4. Bu ne tür bir mucize dev?
Elini bulutlara uzatır
Çalışır:
Bir ev inşa etmeye yardımcı olur. ( Vinç)

– Cevaplara tekrar dikkatlice bakın ve tek kelimeyle isimlendirin. Yunancadan tercüme edilen “silah, makine”, “mekanizmalar” anlamına gelir.

Mekanizma– Yunanca “????v?” kelimesinden – silah, yapı.
Araba– Latince “” kelimesinden makine" – yapı.

– Sıradan bir çubuğun en basit mekanizma olduğu ortaya çıktı. Adının ne olduğunu kim bilebilir?
– Dersin konusunu birlikte oluşturalım: ….
– Defterlerinizi açın, dersin tarihini ve konusunu yazın: “Basit mekanizmalar. Bir kaldıracın dengesi için koşullar."
– Bugün sınıfta size hangi hedefi koyalım?

IV. Yeni bilginin özümsenmesi aşaması

"Dünyayı bir kaldıraçla döndürebilirim, sadece bana bir dayanak noktası verin" - dersimizin özeti olan bu sözler Arşimed tarafından 2000 yıldan fazla bir süre önce söylendi. Ama insanlar hâlâ onları hatırlıyor ve ağızdan ağza aktarıyor. Neden? Arşimet haklı mıydı?

– Kaldıraçlar eski çağlarda insanlar tarafından kullanılmaya başlandı.
– Sizce bunlar ne için?
– Elbette çalışmayı kolaylaştırmak için.
– Kaldıracı kullanan ilk kişi, yenilebilir kökleri veya köklerin altına saklanan küçük hayvanları bulmak için ağır taşları hareket ettirmek için bir sopa kullanan uzak tarih öncesi atamızdı. Evet, evet, sonuçta etrafında dönebileceği bir dayanak noktası olan sıradan bir çubuk gerçek bir kaldıraçtır.
Antik ülkelerde - Babil, Mısır, Yunanistan - inşaatçıların heykelleri, sütunları ve büyük taşları kaldırırken ve taşırken yaygın olarak kaldıraçlar kullandıklarına dair pek çok kanıt var. O zamanlar kaldıraç kanunu hakkında hiçbir fikirleri yoktu ama usta ellerdeki bir kaldıracın ağır bir yükü hafif hale getirdiğini zaten çok iyi biliyorlardı.
Manivela– hemen hemen her modern makinenin, takım tezgahının, mekanizmanın ayrılmaz bir parçasıdır. Bir ekskavatör bir hendek kazar - kepçeli demir "kolu" bir kaldıraç görevi görür. Sürücü vites kolunu kullanarak aracın hızını değiştirir. Eczacı tozları çok hassas eczane terazilerine asar; bu terazilerin ana kısmı kaldıraçtır.
Bahçede yatak kazarken elimizdeki kürek aynı zamanda bir kaldıraç haline gelir. Her türlü külbütör kolu, kulp ve kapının tamamı kaldıraçtır.

- Basit mekanizmaları tanıyalım.

Sınıf altı deney grubuna ayrılmıştır:

1. eğik bir düzlemi inceliyor.
2. kolu inceler.
Üçüncüsü bloğu inceliyor.
4'üncüsü kapıyı inceliyor.
5'inci kamayı inceliyor.
6. vidayı inceliyor.

Çalışma, çalışma kartında her grup için önerilen açıklamaya göre gerçekleştirilir. ( Ek 1 )

Öğrencilerin cevaplarına göre bir diyagram hazırlıyoruz. ( Ek 2 )

– Hangi mekanizmalarla tanıştınız?
– Basit mekanizmalar ne için kullanılır? ...

Manivela- sabit bir desteğin etrafında dönebilen sert bir gövde. Uygulamada kaldıracın rolü bir sopa, tahta, levye vb. ile oynanabilir.
Kolun bir dayanak noktası ve bir omuzu vardır. Omuz– bu, dayanak noktasından kuvvetin etki çizgisine kadar olan en kısa mesafedir (yani, dayanak noktasından kuvvetin etki çizgisine indirilen dikey).
Tipik olarak kaldıraca uygulanan kuvvetler gövdelerin ağırlığı olarak düşünülebilir. Güçlerden birine direniş gücü, diğerine itici güç diyeceğiz.
Resimde ( Ek 4 ) kuvvetleri dengelemek için kullanılan eşit kollu bir kaldıracı görüyorsunuz. Bu tür bir kaldıraç kullanımına örnek olarak bir ölçek verilebilir. Kuvvetlerden biri iki katına çıkarsa ne olacağını düşünüyorsunuz?
Doğru, terazinin dengesi bozulacak (normal terazide gösteriyorum).
Daha fazla gücü daha az güçle dengelemenin bir yolu olduğunu düşünüyor musunuz?

Arkadaşlar kursa gitmenizi öneririm mini deney Kaldıraç için denge koşulunu türetiniz.

Deney

Masaların üzerinde laboratuvar kaldıraçları bulunmaktadır. Kolun ne zaman dengeye geleceğini birlikte öğrenelim.
Bunu yapmak için sağ taraftaki kancaya eksenden 15 cm mesafede bir ağırlık asın.

• Kolu bir ağırlıkla dengeleyin. Sol omzunuzu ölçün.
• Kolu dengeleyin, ancak iki ağırlıkla. Sol omzunuzu ölçün.
• Kolu dengeleyin, ancak üç ağırlıkla. Sol omzunuzu ölçün.
• Kolu dengeleyin, ancak dört ağırlıkla. Sol omzunuzu ölçün.

– Hangi sonuçlar çıkarılabilir:

• Daha fazla gücün olduğu yerde, daha az kaldıraç vardır.
• Güç ne kadar arttıysa omuz da o kadar azaldı,

- Hadi formüle edelim kaldıraç dengesi kuralı:

Bir kaldıraca etki eden kuvvetler, bu kuvvetlerin kolları ile ters orantılı olduğunda dengededir.

– Şimdi bu kuralı matematiksel olarak yani formülü yazmaya çalışın:

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

Kaldıraç dengesi kuralı Arşimet tarafından kurulmuştur.
Bu kuraldan şu sonuç çıkıyor Bir kaldıraç kullanılarak daha büyük bir kuvveti dengelemek için daha küçük bir kuvvetin kullanılabileceği.

Gevşeme: Gözlerinizi kapatın ve avuç içlerinizle kapatın. Bir beyaz kağıt hayal edin ve üzerine zihinsel olarak adınızı ve soyadınızı yazmaya çalışın. Girişin sonuna bir nokta koyun. Artık harfleri unutun ve yalnızca noktayı hatırlayın. Size yavaş, yumuşak bir sallanma hareketi ile bir yandan diğer yana hareket ediyormuş gibi görünmeli. Rahatladınız... avuçlarınızı kaldırın, gözlerinizi açın, siz ve ben güç ve enerji dolu gerçek dünyaya dönüyoruz.

V. Yeni bilginin pekiştirilmesi aşaması

1. Cümleye devam edin...

• Kol... sabit bir desteğin etrafında dönebilen sert bir gövde
• Kol dengede ise... ona etki eden kuvvetler bu kuvvetlerin kolları ile ters orantılıdır.
• Gücün etkisi... dayanak noktasından kuvvetin etki çizgisine kadar olan en kısa mesafe (yani, dayanak noktasından kuvvetin etki çizgisine düşen dik).
• Güç neyle ölçülür...
• Kaldıraç şu şekilde ölçülür:
• Basit mekanizmalar şunları içerir: kaldıraç ve çeşitleri: – kama, vida; eğik düzlem ve çeşitleri: kama, vida.
• Bunun için basit mekanizmalara ihtiyaç vardır... güç kazanmak için

2. Tabloyu doldurun (kendiniz):

Cihazlardaki basit mekanizmaları bulun

KARŞILIKLI KONTROL

Karşılıklı kontrol sonrasında değerlendirmeyi öz değerlendirme kartına aktarın.

Arşimet haklı mıydı?

Arşimet, bir kişinin kaldıramayacağı kadar ağır bir yük olmadığından emindi - sadece bir kaldıraç kullanması gerekiyor.
Ancak Arşimed insan yeteneklerini abarttı. Eğer Arşimet Dünya'nın kütlesinin bu kadar büyük olduğunu bilseydi, muhtemelen efsanenin kendisine atfettiği şu ünlemden kaçınırdı: "Bana bir dayanak noktası verin, Dünya'yı kaldırayım!" Sonuçta dünyayı sadece 1 cm hareket ettirmek için Arşimet'in elinin 10 18 km yol kat etmesi gerekirdi. Dünya'yı bir milimetre hareket ettirmek için kaldıracın uzun kolunun kısa kolundan 100.000.000.000 trilyon kadar büyük olması gerektiği ortaya çıktı. bir kere! Bu kolun sonu 1.000.000 trilyon yol alacaktır. kilometre (yaklaşık). Ve insanın böyle bir yolu kat etmesi milyonlarca yıl alır!.. Ama bu başka bir dersin konusu.

VI. Öğrencilere ödevlerle ilgili bilgi verme aşaması, ödevin nasıl tamamlanacağına ilişkin talimatlar

1. Özetleme: Derste hangi yeni şeyler öğrenildi, sınıfın nasıl işlediği, hangi öğrencilerin özellikle özenle çalıştığı (notlar).

2. Ödev

Herkes: § 55-56
İlgilenenler için: "Evimdeki basit mekanizmalar" konulu bir bulmaca oluşturun
Bireysel olarak: “Yaban hayatındaki kaldıraçlar”, “Ellerimizin gücü” mesajlarını veya sunumlarını hazırlayın.

- Ders bitti! Elveda, sana en iyi dileklerimle!

Kaldıraç, sabit bir nokta etrafında dönebilen sert bir gövdedir. Sabit noktaya denir dayanak noktası. Dayanak noktasından kuvvetin etki çizgisine kadar olan mesafeye denir omuz bu güç.

Kol denge koşulu: Kola kuvvet uygulandığında kol dengededir F1 Ve F2 onu zıt yönlerde döndürme eğilimindedir ve kuvvetlerin modülleri bu kuvvetlerin omuzlarıyla ters orantılıdır: F1 /F2 = l 2 / l 1 Bu kural Arşimet tarafından kurulmuştur. Efsaneye göre şöyle haykırdı: Bana bir dayanak ver ve Dünyayı kaldırayım .

Kol için yerine getirildi Mekaniğin "altın kuralı" (eğer kolun sürtünmesi ve kütlesi ihmal edilebilirse).

Uzun bir kola bir miktar kuvvet uygulayarak, ağırlığı bu kuvveti çok aşan bir yükü kaldırmak için kolun diğer ucunu kullanabilirsiniz. Bu, kaldıraç kullanılarak güç kazancı elde edilebileceği anlamına gelir. Kaldıraç kullanıldığında, güçteki bir kazanıma yol boyunca mutlaka eşit bir kayıp da eşlik eder.

Güç anı. Anların Kuralı

Kuvvet modülü ile omuzunun çarpımına denir kuvvet anı.M = Fl , burada M kuvvet momentidir, F kuvvettir, l kuvvetin kaldıracıdır.

Anların Kuralı: Kolu bir yönde döndürmeye çalışan kuvvetlerin momentlerinin toplamı, onu ters yönde döndürmeye çalışan kuvvetlerin momentlerinin toplamına eşitse kaldıraç dengededir. Bu kural sabit bir eksen etrafında dönebilen her katı cisim için geçerlidir.

Kuvvet momenti, kuvvetin dönme hareketini karakterize eder. Bu eylem hem güce hem de kaldıraca bağlıdır. Bu nedenle örneğin bir kapıyı açmak istediklerinde dönme ekseninden olabildiğince uzağa kuvvet uygulamaya çalışırlar. Küçük bir kuvvetin yardımıyla önemli bir an yaratılır ve kapı açılır. Menteşelerin yakınına baskı uygulayarak açmak çok daha zordur. Aynı nedenden dolayı, bir somunu daha uzun bir anahtarla sökmek daha kolaydır, bir vidayı daha geniş saplı bir tornavidayla çıkarmak vb. daha kolaydır.

Kuvvet momentinin SI birimi Newton metre (1 N*m). Bu, 1 m'lik bir omuza sahip 1 N'lik bir kuvvetin momentidir.

Bloğun ne olduğunu biliyor musun? Bu, inşaat sahalarında yükleri yükseklere kaldırmak için kullanılan kancalı yuvarlak bir şeydir.

Bir kaldıraca benziyor mu? Zorlu. Ancak blok aynı zamanda basit bir mekanizmadır. Ayrıca kaldıracın denge kanununun bloğa uygulanabilirliğinden bahsedebiliriz. Bu nasıl mümkün olabilir? Hadi çözelim.

Denge kanununun uygulanması

Blok, içinden bir kablo, halat veya zincirin geçtiği oluklu bir tekerleğin yanı sıra tekerlek aksına tutturulmuş kancalı bir klipsten oluşan bir cihazdır. Blok sabit veya hareketli olabilir. Sabit bir bloğun sabit bir ekseni vardır ve bir yükü kaldırırken veya indirirken hareket etmez. Sabit bir blok kuvvetin yönünü değiştirmeye yardımcı olur. Yukarıda asılı duran böyle bir bloğun üzerine bir ip atarak, kendimiz aşağıdayken yükü yukarı kaldırabiliriz. Ancak sabit blok kullanmak bize herhangi bir güç kazancı sağlamaz. Sabit bir desteğin (bloğun ekseni) etrafında dönen bir kaldıraç şeklinde bir blok hayal edebiliriz. Daha sonra bloğun yarıçapı, kuvvetlerin her iki tarafına uygulanan kollara eşit olacaktır - bir tarafta yük ile ipimizin çekme kuvveti ve diğer tarafta yükün yerçekimi kuvveti. Omuzlar eşit olacağından güç kazanımı olmaz.

Hareketli bir blokta durum farklıdır. Hareketli blok sanki bir ipin üzerinde duruyormuş gibi yük ile birlikte hareket eder. Bu durumda dayanak noktası her an bloğun bir taraftaki ip ile temas noktasında olacak, yükün etkisi bloğun eksene bağlandığı merkezine uygulanacaktır. ve bloğun diğer tarafındaki ipin temas ettiği noktaya çekme kuvveti uygulanacaktır. Yani, vücut ağırlığının omuzu bloğun yarıçapı olacak ve itme kuvvetimizin omuzu çap olacaktır. Bilindiği gibi çap, yarıçapın iki katıdır, buna göre kolların uzunluğu iki kat farklılık gösterir ve hareketli bir blok yardımıyla elde edilen güç kazancı ikiye eşittir. Uygulamada sabit blok ve hareketli blok kombinasyonu kullanılmaktadır. Tepeye takılan sabit bir blok herhangi bir güç kazancı sağlamaz ancak aşağıda dururken yükün kaldırılmasına yardımcı olur. Ve yükle birlikte hareket eden hareketli blok, uygulanan kuvveti iki katına çıkararak büyük yüklerin yüksekliğe kaldırılmasına yardımcı olur.

Mekaniğin altın kuralı

Şu soru ortaya çıkıyor: Kullanılan cihazlar operasyonda fayda sağlıyor mu? İş, kat edilen mesafenin ve uygulanan kuvvetin ürünüdür. Kol uzunlukları iki kat farklı olan kollara sahip bir kaldıraç düşünün. Bu kaldıraç bize iki kat güç kazandıracaktır, ancak iki kat daha fazla kaldıraç iki kat daha fazla yol kat edecektir. Yani güç artışına rağmen yapılan iş aynı olacaktır. Bu, basit mekanizmalar kullanıldığında iş eşitliğidir: Kaç kez güç kazanırız, kaç kez uzaktan kaybederiz. Bu kurala mekaniğin altın kuralı denir ve kesinlikle tüm basit mekanizmalar için geçerlidir. Dolayısıyla basit mekanizmalar kişinin işini kolaylaştırır ancak yaptığı işi azaltmaz. Belirli bir durumda daha uygun olan bir tür çabayı diğerine dönüştürmeye yardımcı olurlar.

Kaldıraç, sabit bir nokta etrafında dönebilen sert bir gövdedir.

Sabit bir noktaya dayanak noktası denir.

Kaldıracın iyi bilinen bir örneği salıncaktır (Şekil 25.1).

Tahterevallideki iki kişi ne zaman birbirini dengeler? Gözlemlerle başlayalım. Elbette, yaklaşık olarak aynı ağırlığa sahip olmaları ve dayanak noktasından yaklaşık olarak aynı uzaklıkta olmaları durumunda, bir salınım üzerindeki iki kişinin birbirini dengelediğini fark etmişsinizdir (Şekil 25.1, a).

Pirinç. 25.1. Salınım için denge koşulu: a - eşit ağırlıktaki insanlar, dayanak noktasından eşit uzaklıkta oturduklarında birbirlerini dengelerler; b - farklı ağırlıktaki insanlar, ağır olan dayanak noktasına daha yakın oturduğunda birbirlerini dengelerler

Bu ikisinin ağırlıkları çok farklıysa, ancak daha ağır olanın dayanak noktasına çok daha yakın olması durumunda birbirlerini dengelerler (Şekil 25.1, b).

Şimdi gözlemlerden deneylere geçelim: Kaldıracın denge koşullarını deneysel olarak bulalım.

Tecrübe koyalım

Deneyimler, eşit ağırlıktaki yüklerin, dayanak noktasından eşit mesafelerde asılı kalmaları durumunda kolu dengelediğini göstermektedir (Şekil 25.2, a).

Yüklerin ağırlıkları farklıysa, daha ağır yük, ağırlığı hafif yükün ağırlığından daha büyük olduğu kadar dayanak noktasına daha yakın olduğunda kol dengededir (Şekil 25.2, b, c).

Pirinç. 25.2. Bir kaldıracın denge durumunu bulmaya yönelik deneyler

Kol denge durumu. Dayanak noktasından kuvvetin etki ettiği düz çizgiye kadar olan mesafeye bu kuvvetin kolu denir. Yüklerin yanından kola etki eden kuvvetleri F 1 ve F 2 ile gösterelim (Şekil 25.2'nin sağ tarafındaki diyagramlara bakınız). Bu kuvvetlerin omuzlarını sırasıyla l 1 ve l 2 olarak gösterelim. Deneylerimiz, kaldıraca uygulanan F 1 ve F 2 kuvvetlerinin onu zıt yönlerde döndürme eğiliminde olması durumunda kaldıracın dengede olduğunu ve kuvvetlerin modüllerinin bu kuvvetlerin kolları ile ters orantılı olduğunu göstermiştir:

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

Kaldıraç dengesinin bu koşulu, MÖ 3. yüzyılda Arşimet tarafından deneysel olarak belirlendi. e.

Bir kaldıracın denge durumunu 11 numaralı laboratuvar çalışmasında deneysel olarak inceleyebilirsiniz.