Техника достигнет такого совершенства, что человек сможет обходиться без себя.

Ежи Лец.

Физический словарик

– Механизм – от греческого слова – орудие, сооружение.

– Машина – от латинского слова machina – сооружение.

– Блок – от английского слова block – часть подъёмного механизма в виде колеса с жёлобом по окружности.

*

*Большинство людей зевают и упускают свой шанс,

поскольку он одет в рабочий комбинезон и выглядит,

как труд.

Т. Эдисон

Презентация подготовлена

в 2012 году Катуниной Ольгой Анатольевной

*

Здравствуйте, дорогие исследователи! Рада вас приветствовать!

Я хочу, чтобы все настроились на занятие. Расслабьтесь, прислушайтесь к своим ощущениям и скажите себе: «Я хочу узнать что-то мне неизвестное, развить свои умения и навыки, расширить знания и применить их на практике »

-Готовы? А сейчас давайте приступим к работе.

-На предыдущих уроках мы изучили тему «Механическая работа и мощность».

-Вспомним, что такое работа?

(Это перемещение тела в результате действия на него, какой- то силы)

-А как можно облегчить работу?

(С помощью каких-либо механизмов)

-А сейчас посмотрите внимательно на экран и отгадайте загадки:

*

* Загадки:

* 1.Два кольца, два конца, а посредине гвоздик.

* 2.Две сестры качались – правды добивались, а когда добились, то остановились.

* 3.Кланяется, кланяется – придет домой – растянется.

* 4.Зубасты, а не кусаются

* 5.Два братца пошли в воду купаться, два купаются, а один на берегу валяется.

* 6.Сам вагон открыл нам двери, В город лестница ведет. Мы своим глазам не верим: Все стоят, она идет

* 7.Ходит по небу рука,

* Задевает облака,

* А под нею - гам и гром

* - Вырастает новый дом.

* Длинной шеей поверчу

* Груз тяжелый подхвачу:

* Где прикажут - положу,

* Человеку я служу.

* 8 «Два брата – одно сердце».

Возможные ответы:

* Ножницы

* Топор

* Весы

* Грабли

* Коромысло

* Экскалатор в метро

* Подъемный кран

-Посмотрите ещё раз внимательно на отгадки и назовите их, одним словом.

«Орудие, машина» в переводе с греческого означает «Механизмы»

-Вот сегодня на уроке мы и узнаем с помощью, каких механизмов можно облегчить труд.

*

Как же простые механизмы мы можем применить в жизни?

Помогите мальчику Ване в следующих ситуациях:

* - Ваня собирал грибы и вдруг увидел лисенка, нога которого застряла под упавшим деревом? Как помочь лисенку?

* - Набрав в лесу большую корзину грибов, Ваня выбился из сил. Надо идти домой, но не бросать же корзину с грибами? Как облегчить груз Ване?

* -Придя домой, отдохнув, набравшись жизненного опыта, Ваня решил удивить своих друзей и удержал гирю массой 16 кг на весу одним пальцем!

* -Как он это сделал?

* -Сможем ли мы повторить опыт Вани?

* -Друзья спросили у Вани, а может ли он удержать гирю массой 30 кг? Ваня задумался, какой же длины ему нужна палка? Можно ли помочь Ване?

* -Кто может показать, как он это сделал?

*

1.Надо найти большую палку, подсунуть под

дерево и приподнять дерево.

2. Положить палку на плечо, корзину одеть на

нее сзади, а спереди придерживать рукой.

3.Надеть гирю на палку, один конец которой

закрепить о твердую опору, а за другой конец

взяться одним пальцем.

*

* Здоровье - не всё, но всё без здоровья – ничто! Сократ

физкультминутка

*Вновь у нас физкультминутка,

Наклонились, ну-ка, ну-ка -

Распрямились, потянулись,

А теперь назад прогнулись.

Разминаем руки, плечи,

Чтоб сидеть нам было легче,

Чтоб писать, читать, считать,

И совсем не уставать.

Хоть зарядка коротка, отдохнули мы слегка

*

*

*Клин и винт *Клин и винт – разновидности наклонной плоскости –

широко используют в технике и в быту. Клин предназначен для раскалывания прочных предметов, например, поленьев. Его также вгоняют в щели между деталями, чтобы создать большую силу давления одной детали на другую и тем самым увеличить силу трения покоя между ними, что обеспечивает их надёжное сцепление. При огромных силах, прилагаемых к клину, он должен быть очень прочным, из самого твёрдого материала

*

Где мы встречаем рычаги? * В растениях рычажные элементы встречаются реже, что объясняется малой

подвижностью растительного организма. Типичный рычаг – ствол дерева и корни. Глубоко уходящий в землю корень сосны или дуба оказывают огромное сопротивление, поэтому сосны и дубы почти никогда не выворачиваются с корнем. Наоборот, ели, имеющие часто поверхностную корневую систему, опрокидываются очень легко.

* В скелете животных и человека все кости, имеющие некоторую свободу движения, являются рычагами, например, у человека – кости конечностей, нижняя челюсть, череп, фаланги пальцев. .

* «Колющие орудия» многих животных и растений – когти, рога, зубы и колючки – по форме напоминают клин (видоизменённая наклонная плоскость);

* Клину подобна и заострённая форма головы быстроходных рыб. Многие из этих клиньев имеют очень гладкие твёрдые поверхности, чем и достигается их большая острота

* У некоторых растений – колючки, шипы.

* Деревообрабатывающие инструменты представляют собой клин – это струг, тесла, скобели, топоры, пилы, сверла, долота.

* Землю обрабатывали сохой, бороной, лопатой, мотыгой. Убирали урожай с помощью граблей, кос, серпов.

*

*

*

*

*

*

*

*Различают рычаги 1 рода, в которых точка

опоры располагается между точками

приложения сил, и рычаги 2 рода, в которых

точки приложения сил располагаются по одну

сторону от опоры.

*

* Гравюра из «Журнала механики», изданного вЛондоне в 1842 году, изображающая

Архимеда, переворачивающего Землю с помощью рычага.

*

*1 2 3 4

*

*

*А В С

*

*Логические задачи * 1. Будут ли в равновесии эти рычаги? Как уравновесить эти рычаги? (Предложите минимум

2 способа

* 2. Какой выигрыш в силе дают эти приспособления? Какой выигрыш в работе дают эти механизмы? Как они называются?

* 3. Какая наклонная плоскость даёт выигрыш в работе? Каковы должны быть высота и длина наклонной плоскости, чтобы выиграть в силе в 2 раза? Каков должен быть при этом угол у основания? Как нужно видоизменить наклонную плоскость, чтобы повысить КПД? Как нужно изменить наклонную плоскость, чтобы выигрыш в силе был равен 4? 10? 100? Можно ли с помощью наклонной плоскости получить выигрыш в скорости и в расстоянии?

*

*Уже в V в. до н.э. в афинской армии

(Пелопонесская война) применялись стенобитные

машины (тараны), метательные приспособления

(баллисты и катапульты). Строительство плотин,

мостов, пирамид, судов и других сооружений, а

также ремесленное производство, с одной

стороны, способствовали накоплению знаний о

механических явлениях, а с другой – требовали

новых знаний.

*

* Архимед

* О жизни Архимеда известно немного, но его имя и творчество овеяны многочисленными легендами.

* Архимед родился в Сиракузах на острове Сицилия в 287 г. до н.э. Его отец, астроном Фидий, был

родственником сиракузского царя Гиерона. Архимед получил хорошее образование, долгие годы пробыв в

знаменитом Александрийском музее – уникальном научно-исследовательском центре античного мира, с

которым учёный не порывал связей до конца своей жизни. Легендой овеяны последние минуты его жизни.

Ворвавшийся в дом Архимеда римский воин убил склонённого над какими-то вычислениями старика,

который просил немного подождать, пока он закончит решение задачи.

* Творческую деятельность Архимед начал как инженер, создавая различные механические приспособления,

широко использовавшиеся в строительстве и быту. Всего Архимеду приписывают около сорока изобретений,

в том числе винта и полиспаст

*

*

*

Широко применяя наклонную плоскость и рычаг, древние египтяне, кажется, не

задумывались о законах, которые лежат в основе простых механизмов. По крайней мере, до

нас не дошло ни одного вавилонского или египетского текста с описанием их действия. Эту

работу провели только ученые Древней Греции. Классические расчеты действия рычага,

наклонной плоскости и блока принадлежат выдающемуся античному механику Архимеду из

Сиракуз. Архимед изучил механические свойства подвижного блока и применил его на

практике. По свидетельству Афинея, «для спуска на воду исполинского корабля,

построенного сиракузским тираном Гиероном, придумывали много способов, но механик

Архимед один сумел сдвинуть корабль с помощью немногих людей; Архимед устроил блок и

посредством него спустил на воду громадный корабль; он первый придумал устройство

блока». Из этого свидетельства видно, что Архимед не только изучил свойства простых

механизмов, но и сделал следующий шаг — стал сооружать на их основе более сложные

машины, преобразующие и усиливающие движение. Возможно, что корабль ему удалось

сдвинуть с помощью системы подвижных и неподвижных блоков (подобной современным

талям), используя которые можно многократно увеличить прилагаемое усилие. Когда на

родной город Архимеда напали римляне, он применил свои знания в военной технике. По его

чертежам сиракузяне построили множество самых разнообразных боевых машин. Среди них

были метательные орудия; поворотные краны, низвергавшие на римские корабли огромные

камни; привязанные к цепям железные лапы, которые захватывали и переворачивали

вражеские корабли.

*

* Кто кому помогает?

** Как греки перемещали тяжёлые грузы

* Храм Артемиды в Эфесе (построен около 550 г. до н.э.) был одним из самых красивых и

знаменитых творений греческой архитектуры и считался третьим чудом света (работа с картой).

Руководители строительства Херсифрон и Метаген при возведении храма столкнулись со сложной

проблемой: как перевезти по рыхлой почве тяжёлые колонны и блоки из каменоломни к месту

работы? Опыт Египта, где на строительство пирамид фараоны сгоняли тысячи рабов, в Греции был

неприменим. Выход был найден: колонну, особым образом прикреплённую к деревянной раме,

как бы превращали в каменный каток. А перекатывать тяжести гораздо легче, чем тащить. Для

прямоугольных блоков Метаген придумал другой способ: каждый блок, как ось, вставляли в

огромные деревянные колёса диаметром около 4 м и катили до места строительства. Для

поднятия грузов греки изобрели подъёмные краны, состоящие из блоков, канатов и лесин.

*

P · R = Q · r или P = Q · r ׃ R

Ворот и лебедка. Ворот (рис.24) состоит из

двух соединенных наглухо блоков, сидящих

на общей оси. Закон рычага выражает

условие равновесия:

У лебедки большой блок ворота заменен

рукояткой (R). С канатным барабаном (r)

связано

зубчатое колесо, которое сцепляется с

запорной щеколдой, чтобы рукоятка не

могла развернуться в обратную сторону

(рис.25)

*

*Элементы колодцев.

Кузин Сергей Семенович «Колодец»

Александр Антонюк "Колодец"

*

* Блок — простое механическое устройство, позволяющее

регулировать силу, ось которого закреплена при подъеме грузов, не

поднимается и не опускается. Представляет собой колесо с желобом по

окружности, вращающееся вокруг своей оси. Жёлоб предназначен

для каната, цепи,ремня и т. п. Ось блока помещается в обоймах,

прикреплённых на балке или стене, такой блок называется

неподвижным; если же к этим обоймам прикрепляется груз, и блок

вместе с ними может двигаться, то такой блок называется подвижным.

Если ось блока закреплена, то блок называется НЕПОДВИЖНЫМ.

* Неподвижный блок употребляется для подъёма небольших грузов или

для изменения направления силы.

* Условие равновесия блока:, где

* F — прилагаемое внешнее усилие, m — масса груза, g — ускорение силы

тяжести, f — коэффициент сопротивления в блоке (для цепей примерно

1.05, а для веревок — 1.1). При отсутствии трения для подъема нужна

сила, равная весу груза

* С помощью рычагов удавалось поднимать тяжелые каменные плиты при постройке пирамид в Древнем Египте. Ведь для возведения пирамиды Хеопса, имеющей высоту 147 метров, было использовано более двух миллионов каменных глыб, самая меньшая из которых имела массу 2,5 т.

* Простые механизмы - это труженики со стажем работы более чем 30 веков, но они ничуть не состарились. На Руси для постройки домов и возведения храмов так же использовали простые механизмы, такие как, рычаг, наклонная плоскость.

*Например, как возводилась СОЛОВЕЦКАЯ КРЕПОСТЬ

*

*

* – В 1344 г. настоятель одного из афинских монастырей Койновитис

перебрался со своей общиной в Метеору. Здесь, на просторной

плоской вершине одной из скал (она так и называется – Широкая),

монахи построили Большой Метеорский монастырь – первый в долине

Пинея. Монашеская обитель на скале надёжно защищала обитателей

от любых незваных гостей, поскольку добраться до неё можно было

только по верёвочной лестнице, поднимавшейся в случае опасности. В

конце XIV в. в Метеоре было уже 24 монастыря. Поскольку взбираться

по лестницам, а тем более поднимать грузы было непросто,

впоследствии для подъёма наверх стали использовать сети на блоках.

*

* Сила наших рук

* Какой груз вы можете поднять рукой? Положим, что его масса 10 кг, т.е. его вес примерно 100 Н. Вы думаете, что эти 100 Н определяют силу мускулов ваших рук? Ошибаетесь: мускулы гораздо сильнее! Проследите за действием, например, так называемой двуглавой мышцы вашей руки. Она прикреплена близ точки опоры рычага, каким является кость предплечья, а груз действует на другой конец этого живого рычага. Расстояние от груза до точки опоры, т.е. до сустава, почти в 8 раз больше, чем расстояние от конца мышцы до опоры. Значит, если вес груза 100 Н, то мускул тянет с силой, которая в 8 раз больше. Развивая силу, в 8 раз большую, чем наша рука, мускул мог бы непосредственно поднять груз массой не 10 кг, а 80 кг.

* Мы вправе без преувеличения сказать, что каждый человек гораздо сильнее самого себя, т.е. что наши мускулы развивают силу значительно больше той, которая проявляется в наших действиях.

* Целесообразно ли такое устройство? На первый взгляд, как будто, нет, – мы видим здесь потерю силы, ничем не вознаграждаемую. Однако вспомним старинное «золотое правило» механики: что теряется в силе, выигрывается в перемещении. Тут и происходит выигрыш в скорости: наши руки движутся в 8 раз быстрее, чем управляющие ими мышцы. Тот способ прикрепления мускулов, который мы видим в теле животных, обеспечивает конечностям проворство движений, более важное в борьбе за существование, нежели сила. Мы были бы крайне медлительными существами, если бы наши руки и ноги не были устроены по этому принципу.

*

*Приборы и материалы: линейка, рентгеновский снимок руки.

Рассмотрите собственную руку или рентгеновский снимок.

№ d1, см d2, см d2/d1 = F1/F2 Примечание

1

2

3

•.

Локоть – точка опоры этого рычага. Одна из сил приложена к ладони. Плечо этой силы –

расстояние от локтя примерно до середины ладони. Вторая сила – это сила напряжения

бицепса, который прикреплён к рычагу совсем недалеко от локтя. Плечо второй силы намного меньше плеча первой. Ход работы

1. Возьмите линейку и измерьте плечи сил на собственной конечности или на рентгеновском снимке. Место соединения бицепса и кости-рычага хорошо прощупывается, оцените расстояние от локтя до этого места. 2. Повторите измерения.

3. Результаты измерения занесите в таблицу. 4. Сделайте вывод.

(Отношение плечей приблизительно равно 8–10. Значит, в силе мы проигрываем в 8–10 раз. Сила напряжения бицепса в 8–10 раз

больше, чем сила давления груза на ладонь. Вот так природа! Проигрываем в силе, а потом ломаем голову, как бы выиграть с помощью всяких хитроумных приспособлений! Но, проигрывая в силе, выигрываем в расстоянии и соответственно в скорости в 8–10 раз. Мышца (бицепс)

сокращается на 1 см, а ладонь при этом поднимает груз на 8–10 см. Так что сила

напряжения наших мышц примерно в 10 раз больше, чем внешние силы, которые мы преодолеваем, зато в целом мы во столько же раз быстрее перемещаемся, чем наши мышцы.)

Чтобы сдвинуть тело с места, необходи-

мо преодолеть известную силу,

называемую нагрузкой; часто это просто

вес тела. Простые механизмы помогают

человеку более эффективно

использовать прилагаемое усилие.

Нагрузка равна силе, развиваемой

отверткой; она больше, чем

затраченное человеком усилие.

Чтобы сдвинуть тело с места, необходимо преодолеть известную силу,

называемую нагрузкой; часто это просто вес тела. Простые механизмы

помогают человеку более эффективно использовать прилагаемое усилие.

Нагрузка равна силе, развиваемой отверткой; она больше, чем затраченное

человеком усилие. Усилие — это сила, поворачивающая рукоятку. Разделив

нагрузку на усилие, мы получим отношение, называемое выигрышем в силе.

*

*Наклонная плоскост

*Наклонная плоскость применяется для перемещения

тяжелых предметов на более высокий уровень без их

непосредственного поднятия.

К таким устройствам относятся пандусы, эскалаторы,

обычные лестницы и конвейеры.

Если нужно поднять груз на высоту, всегда легче

воспользоваться пологим подъемом, чем крутым.

Причем, чем положе уклон, тем легче выполнить эту

работу. Когда время и расстояние не имеют большого

значения , а важно поднять груз с наименьшим

усилием, наклонная плоскость оказывается

незаменима.

* Наклонная плоскость

*При строительстве храмов египтяне транспортировали, поднимали и устанавливали колоссальные обелиски и статуи, вес которых составлял десятки и сотни тонн! Все это можно было сделать, используя среди других простых механизмов наклонную плоскость. Главным подъемным приспособлением египтян была наклонная плоскость - рампа. Остов рампы, то есть ее боковые стороны и перегородки, на небольшом расстоянии друг от друга пересекавшие рампу, строились из кирпича; пустоты заполнялись тростником и ветвями. По мере роста пирамиды рампа надстраивалась. По этим рампам камни тащили на салазках таким же образом, как и по земле, помогая себе при этом рычагами. Угол наклона рампы был очень незначительным - 5 или 6 градусов. .

*

* При подъеме длинных каменных глыб и статуй прибегали к

следующим приемам. Для этого применяли блоки. Однако поднять с

помощью блоков огромные камни, какими являлись обелиски до 300

тонн весом и гигантские статуи царей, достигавшие 1000 тонн веса,

невозможно. Для установки таких статуй и обелисков приходилось

проводить значительную подготовительную работу. В качестве

подъемного приспособления здесь опять выступала наклонная

плоскость — рампа. Прежде всего по обе стороны пьедестала

возводились каменные стены. К одной из них пристраивалась

наклонная плоскость, высотой несколько меньше, чем высота

устанавливаемого обелиска. Все четыре стены рампы образовывали

как бы кирпичный колодец. В одной из его стен на уровне земли

делался сквозной коридор. Все пространство внутри засыпалось

песком. Затем по наклонной плоскости втаскивали основанием вперед

законченный обелиск. После этого через коридор в стене начинали

выносить песок, и обелиск под собственной тяжестью начинал плавно

опускаться на пьедестал, постепенно принимая вертикальное

положение. После установки стена и рампа разбирались.

*

*

*

Рисунок на титульном листе книги С. Стевина, которым он

подтверждает свою формулировку.

Условие равновесия сил

на наклонной плоскости

*

*

*

*

* Винт изобрёл Архимед. Его винт был предназначен для поднимания воды на более

высокий уровень. Рассмотрим винт как прибор для получения значительного

выигрыша в силе.

* Представим себе, что наклонную плоскость высотой h и длиной l свернули в

трубку. Поворачивая гайку, надетую на болт, вы поднимаете её по наклонной

плоскости. Выигрываете в силе F1/F2 = h/l, где h – высота наклонной плоскости,

или шаг винта, l – длина наклонной плоскости, или длина окружности l = D.

* При закручивании шурупа в деревянную доску или затягивании болта (крепление

деталей болтом или гайкой) приходится преодолевать силы трения и силы

упругости материала настолько большие, что пальцами это сделать порой даже

невозможно. При этом недостаточно выигрыша в силе, получаемого с помощью

винта, приходится использовать ещё и рычаги: отвёртки, гаечные ключи. Винт

используется как приспособление для выигрыша в силе. В измерительных

приборах используется свойства винта –проигрыш в расстоянии. Винт применяется

и по «прямому назначению», как предложил в своё время его изобретатель: для

перемещения зерна по трубе, мяса в мясорубке, вращения шестерёнки.

* Аккуратно подогнанные винты обеспечивают медленное перемещение резца в

токарном станке.

* Посмотрите вокруг повнимательнее, и вы увидите множество винтов, которые

удерживают, перемещают, скрепляют и измеряют.

* Посмотрите вокруг повнимательнее, и вы увидите

множество винтов, которые удерживают,

перемещают, скрепляют и измеряют.

*

*

Практическая работа.

Определение выигрыша в силе винта или

болта

Приборы и материалы: линейка,

штангенциркуль, нить.

Ход работы

* 1. Определите шаг винта. Для этого измерьте расстояние между

определённым числом зубьев и разделите на число зубьев.

* 2. Измерьте диаметр винта и рассчитайте длину окружности винта.

* 3. Определите выигрыш в силе данного винта

* 4. Результаты занесите в таблицу.

№ l, см h, см h/l = F1/F2 Примечание

1

2

3

* 5. Повторите измерения для других болтов, шурупов, винтов.

*

*Два мальчика, массы которых 32 и 24 кг,

сделали себе качели, положив доску

длинной 4м на упор. Определите массу

доски, считая доску однородной, если

известно, что она находиться в равновесии,

когда мальчики сидят на противоположных

концах доски, а точка опоры удалена на

расстоянии 2,2м от одного из них.

*

*На концах невесомого рычага действуют

силы 2 Н и 18 Н. Длина рычага равна 1 м.

Где находится точка опоры, если рычаг в

равновесии?

Балка имеет массу 0,5 т. Определите, какую

силу нужно приложить, чтобы поднять её за

один конец ?

*

* Башенный подъёмный кран «КБ-

100.0А» имеет наибольший вылет

стрелы 20 м, поднимая груз массой 5

т. При этом масса противовеса равна

25 т. Определите расстояние между

опорами. Какой массы груз может

поднять такой кран при наименьшем

вылете стрелы, равном 10 м?

* (Ответ. Расстояние между опорами 4 м; при наименьшем вылете

стрелы кран может поднять груз массой 10 т.)

*

Безмен конца XIX начала XX века

На рисунке изображен безмен конца XIX начала XX

века. Он мало отличается от древних.

В очень многих безменах на стороне, где

подвешивался груз приделывали два крючка.

На какой из них надо подвешивать безмен,

чтобы взвешивать более тяжелые предметы?

Достаточно ли в этом приборе одной шкалы?

Будет ли шкала такого прибора равномерной?

*

*

* − Что называют простыми механизмами?

* − Для какой цели применяют простые механизмы?

* − Какой простой механизм применялся в Египте при

строительстве пирамид?

* − Что представляет собой рычаг?

* − Что называют плечом силы?

* − В чем состоит правило равновесия рычага?

* − Кто установил правило равновесия рычага?

*

Качественные задачи

* 1. Зачем у подъёмного крана делают противовес?

* 2. Какие простые механизмы дают выигрыш в силе?

* 3. Какие простые механизмы дают выигрыш в работе?

* 4. Где обычно прикрепляют дверную ручку? Почему не около петель?

* 5. Зачем используют неподвижный блок, ведь выигрыша в силе он не даёт?

* 6. Какой выигрыш в силе даёт подвижный блок? А в работе?

* 7. Может ли КПД механизма быть равен 120%? 200%? 0%? Почему?

* 8. Что называют рычагом? Что называют плечом рычага?

* 9. Какой блок называется подвижным, а какой – неподвижным?

* 10. Какой выигрыш в силе даёт полиспаст, состоящий из четырёх подвижных и

четырёх неподвижных блоков?

* 11. Какие простые механизмы вы используете дома?

* 12. Какие простые механизмы используются в конструкции велосипеда?

* (нужно

Спасибо всем вам за урок

*

* Литература

* Балашов М.М. Физика. – М.: Просвещение, 1994.

* Голин Г.М., Филонович С.Р. Классики физической науки (с

древнейших времен до начала ХХ века). – М.: Высшая школа, 1989.

* Кац Ц.Б. Биофизика на уроках физики. – М.: Просвещение, 1988.

* Перельман Я.И. Занимательная физика: Книга 1. – М.: Наука, 1979.

* Энциклопедия для детей: Т. 14 – «Техника». – М.: Аванта+, 2000.

* Я познаю мир: Детская энциклопедия «Мир загадочного». – М.:

Астрель, 2004.