Из правила равновесия рычага следует что. Условие равновесия рычага

Еще до Нашей Эры люди начали применять рычаги в строительном деле. Например, на рисунке вы видите использование рычага при постройке пирамид в Египте. Рычагом называют твердое тело, которое может вращаться вокруг некоторой оси. Рычаг — это необязательно длинный и тонкий предмет. Например, колесо — тоже рычаг, так как это твердое тело, вращающееся вокруг оси.

Введем еще два определения. Линией действия силы назовем прямую, проходящую через вектор силы. Кратчайшее расстояние от оси рычага до линии действия силы назовем плечом силы. Из курса геометрии вы знаете, что кратчайшее расстояние от точки до прямой — это расстояние по перпендикуляру к этой прямой.

Проиллюстрируем эти определения примером. На рисунке слева рычагом является педаль. Ось ее вращения проходит через точку О. К педали приложены две силы: F1 — сила, с которой нога давит на педаль и F2 — сила упругости натянутого троса, прикрепленного к педали. Проведя через вектор F1 линию действия силы (изображена голубым цветом), и, опустив на нее перпендикуляр из т. О, мы получим отрезок ОА — плечо силы F1.

С силой F2 дело обстоит еще проще: линию ее действия можно не проводить, так как вектор этой силы расположен более удачно. Опустив из т. О перпендикуляр на линию действия силы F2, получим отрезок ОВ — плечо этой силы.

При помощи рычага можно маленькой силой уравновесить большую силу. Рассмотрим, например, подъем ведра из колодца. Рычагом является колодезный ворот — бревно с прикрепленной к нему изогнутой ручкой. Ось вращения ворота проходит сквозь бревно. Меньшей силой служит сила руки человека, а большей силой — сила, с которой ведро и свисающая часть цепи тянет вниз.

На чертеже слева показана схема ворота. Вы видите, что плечом большей силы является отрезок OB, а плечом меньшей силы — отрезок OA. Ясно видно, что OA > OB. Другими словами, плечо меньшей силы больше плеча большей силы. Такая закономерность справедлива не только для ворота, но и для любого другого рычага. В более общем виде она звучит так:

При равновесии рычага плечо меньшей силы во столько раз больше плеча большей силы, во сколько раз большая сила больше меньшей.

Проиллюстрируем это правило при помощи школьного рычага с грузиками. Взгляните на рисунок. У первого рычага плечо левой силы в 2 раза больше плеча правой силы, следовательно, и правая сила в два раза больше левой силы. У второго рычага плечо правой силы в 1.5 раза больше плеча левой силы, то есть во столько же раз, во сколько левая сила больше правой силы.

Итак, при равновесии на рычаге двух сил бо’льшая из них всегда имеет меньшее плечо и наоборот.

Рычагом называют твердое тело, которое может вращаться вокруг неподвижной точки.

Неподвижную точку называют точкой опоры.

Хорошо знакомый вам пример рычага - качели (рис. 25.1).

Когда двое на качелях уравновешивают друг друга? Начнем с наблюдений. Вы, конечно, замечали, что двое людей на качелях уравновешивают друг друга, если у них примерно одинаковый вес и они находятся примерно на одинаковом расстоянии от точки опоры (рис. 25.1, а).

Рис. 25.1. Условие равновесия качелей: а - люди равного веса уравновешивают друг друга, когда сидят на равных расстояниях от точки опоры; б - люди разного веса уравновешивают друг друга, когда более тяжелый сидит ближе к точке опоры

Если же эти двое сильно отличаются по весу, они уравновешивают друг друга только при условии, что более тяжелый сидит намного ближе к точке опоры (рис. 25.1, б).

Перейдем теперь от наблюдений к опытам: найдем на опыте условия равновесия рычага.

Поставим опыт

Опыт показывает, что грузы равного веса уравновешивают рычаг, если они подвешены на одинаковых расстояниях от точки опоры (рис. 25.2, а).

Если же грузы имеют различный вес, то рычаг находится в равновесии, когда более тяжелый груз находится во столько раз ближе к точке опоры, во сколько раз его вес больше, чем вес легкого груза (рис. 25.2, б, в).

Рис. 25.2. Опыты по нахождению условия равновесия рычага

Условие равновесия рычага. Расстояние от точки опоры до прямой, вдоль которой действует сила, называют плечом этой силы. Обозначим F 1 и F 2 силы, действующие на рычаг со стороны грузов (см. схемы в правой части рис. 25.2). Плечи этих сил обозначим соответственно l 1 и l 2 . Наши опыты показали, что рычаг находится в равновесии, если приложенные к рычагу силы F 1 и F 2 стремятся вращать его в противоположных направлениях, причем модули сил обратно пропорциональны плечам этих сил:

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

Это условие равновесия рычага было установлено на опыте Архимедом в 3-м веке до н. э.

Условие равновесия рычага вы сможете изучить на опыте в лабораторной работе № 11.

С самых давних пор человек применяет различные вспомогательные приспособления для облегчения своего труда. Как часто, когда нам надо сдвинуть с места очень тяжелый предмет, мы берем себе в помощники палку или шест. Это пример простого механизма - рычага.

Применение простых механизмов

Видов простых механизмов очень много. Это и рычаг, и блок, и клин, и многие другие. Простыми механизмами в физике называют приспособления, служащие для преобразования силы. Наклонная плоскость, которая помогает вкатывать или втаскивать тяжелые предметы наверх - это тоже простой механизм. Применение простых механизмов очень распространено как в производстве, так и в быту. Чаще всего простые механизмы применяют для того, чтобы получить выигрыш в силе, то есть увеличить в несколько раз силу, действующую на тело.

Рычаг в физике - простой механизм

Один из самых простых и распространенных механизмов, который изучают в физике еще в седьмом классе - рычаг. Рычагом в физике называют твердое тело, способное вращаться вокруг неподвижной опоры.

Различают два вида рычагов. У рычага первого рода точка опоры находится между линиями действия приложенных сил. У рычага второго рода точка опоры расположена по одну сторону от них. То есть, если мы пытаемся при помощи лома сдвинуть с места тяжелый предмет, то рычаг первого рода - это ситуация, когда мы подкладываем брусок под лом, надавливая на свободный конец лома вниз. Неподвижной опорой у нас в данном случае будет являться брусок, а приложенные силы располагаются по обе стороны от него. А рычаг второго рода - это когда мы, подсунув край лома под тяжесть, тянем лом вверх, пытаясь таким образом перевернуть предмет. Здесь точка опоры находится в месте упора лома о землю, а приложенные силы расположены по одну сторону от точки опоры.

Закон равновесия сил на рычаге

Используя рычаг, мы можем получить выигрыш в силе и поднять неподъемный голыми руками груз. Расстояние от точки опоры до точки приложения силы называют плечом силы. Причем, можно рассчитать равновесие сил на рычаге по следующей формуле:

F1 / F2 = l2 / l1 ,

где F1 и F2 - силы, действующие на рычаг,
а l2 и l1 - плечи этих сил.

Это и есть закон равновесия рычага , который гласит: рычаг находится в равновесии тогда, когда действующие на него силы обратно пропорциональны плечам этих сил. Этот закон был установлен Архимедом еще в третьем веке до нашей эры. Из него следует, что меньшей силой можно уравновесить большую. Для этого необходимо, чтобы плечо меньшей силы было больше плеча большей силы. А выигрыш в силе, получаемый с помощью рычага, определяется отношением плеч приложенных сил.

Рычагом называют твердое тело, которое может вращаться вокруг неподвижной точки. Неподвижную точку называют точкой опоры . Расстояние от точки опоры до линии действия силы называют плечом этой силы.

Условие равновесия рычага : рычаг находится в равновесии, если приложенные к рычагу силы F 1 и F 2 стремятся вращать его в противоположных направлениях, причем модули сил обратно пропорциональны плечам этих сил: F 1 /F 2 = l 2 /l 1 Это правило было установлено Архимедом. По легенде он воскликнул: Дайте мне точку опоры и я подниму Землю .

Для рычага выполняется «золотое правило» механики (если можно пренебречь трением и массой рычага).

Прикладывая к длинному рычагу некоторую силу, можно другим концом рычага поднимать груз, вес которого намного превышает эту силу. Это означает, что, используя рычаг, можно получить выигрыш в силе. При использовании рычага выигрыш в силе обязательно сопровождается таким же проигрышем в пути.

Все типы рычагов:

Момент силы. Правило моментов

Произведение модуля силы на ее плечо называют моментом силы . M = Fl , где М - момент силы, F - сила, l - плечо силы.

Правило моментов : рычаг находится в равновесии, если сумма моментов сил, стремящихся вращать рычаг в одном направлении, равна сумме моментов сил, стремящихся вращать его в противоположном направлении. Это правило справедливо для любого твердого тела, способного вращаться вокруг закрепленной оси.

Момент силы характеризует вращающее действие силы . Это действие зависит как от силы, так и от ее плеча. Именно поэтому, например, желая открыть дверь, стараются приложить силу как можно дальше от оси вращения. С помощью небольшой силы при этом создают значительный момент, и дверь открывается. Открыть ее, оказывая давление около петель, значительно труднее. По той же причине гайку легче отворачивать более длинным гаечным ключом, шуруп легче вывернуть с помощью отвертки с более широкой ручкой и т. д.

Единицей момента силы в СИ является ньютон-метр (1 Н*м). Это момент силы 1 Н, имеющей плечо 1 м.

Сегодня на уроке мы заглянем в мир механики, будем учиться сравнивать, анализировать. Но прежде выполним ряд заданий, которые помогут раскрыть таинственную дверь шире и показать всю красоту такой науки, как механика.

Скачать:

Предварительный просмотр:

Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение

Михейковская средняя школа

Ярцевского района Смоленской области

Урок по теме

«Простые механизмы.

Применение закона равновесия

рычага к блоку»

7 класс

Составил и провел

учитель физики высшей категории

Лавнюженков Сергей Павлович

2017г.

Цели урока (планируемые результаты обучения):

Личностные:

- формирование умений управлять своей учебной деятельностью;

Формирование интереса к физике при анализе физических явлений;

Формирование мотивации постановкой познавательных задач;

Формирование умения вести диалог на основе равноправных отношений и взаимного уважения;

Развитие самостоятельности в приобретении новых знаний и практических умений;

Развитие внимания, памяти, логического и творческого мышления;

Осознание учащимися своих знаний;

Метапредметные:

Развитие умения генерировать идеи;

Развивать умение определять цели и задачи деятельности;

Проводить экспериментальное исследование по предложенному плану;

На основании результатов эксперимента формулировать вывод;

Развивать коммуникативные навыки при организации работы;

Самостоятельно оценивать и анализировать собственную деятельность с позиции полученных результатов;

Использовать различные источники для получения информации.

Предметные:

Формирование представления о простых механизмах;

Формирование умения распознавать рычаги, блоки, наклонные плоскости, вороты, клины;

Дают ли простые механизмы выигрыш в силе;

Формирование умения планировать и проводить эксперимент, на основании результатов эксперимента формулировать вывод.

Ход урока

№ п. п

Деятельность учителя

Деятельность учащегося

Примечания

Организационный этап

Подготовка к уроку

Этап повторения и проверки усвоения пройденного материала

Работа с картинками, работа в парах – устный рассказ

По плану, взаимопроверка знаний

Этап актуализации знаний, целеполагания

Введение понятия «простые механизмы», по

Организационно-деятельностный этап: помощь и контроль над работой учащихся

Работа с учебником, составление схемы

Самооценка

Физминутка

Физические упражнения

Организационно-деятельностный этап: практическая работа, актуализация и целеполагание

Сбор установки

Введение понятия «рычаг», постановка целей

Введение понятия «плечо силы»

Экспериментальное подтверждение правила равновесия рычага

Самооценка

Этап практического закрепления полученных знаний: решение задач

Решают задачи

Взаимопроверка

Этап закрепления пройденного материала

Отвечают на вопросы

Учитель:

На экране несколько картинок:

Египтяне строят пирамиду (рычаг);

Человек поднимает (с помощью ворота) из колодца воду;

Люди катят бочку на корабль (наклонная плоскость);

Человек поднимает груз (блок).

Учитель: Что выполняют эти люди? (механическую работу)

Составьте по плану рассказ:

1. Какие условия необходимы для совершения механической работы?

2. Механическая работа – это …………….

3. Условное обозначение механической работы

4. Формула работы …

5. Что принято за единицу измерения работы?

6. Как и в честь какого ученого она названа?

7. В каких случаях работа положительная, отрицательная или равна нулю?

Учитель:

А теперь посмотрим на эти картинки ещё раз и обратим внимание, как эти люди выполняют работу?

(люди используют длинную палку, ворот, устройство наклонной плоскости, блок)

Учитель: Как можно назвать одним словом данные приспособления?

Учащиеся: Простые механизмы

Учитель: Правильно! Простые механизмы. Как вы думаете по какой теме на уроке мы будем с Вами сегодня говорить?

Учащиеся: О простых механизмах.

Учитель: Правильно. Темой нашего урока будут простые механизмы (запись темы урока в тетради, слайд с темой урока)

Поставим перед собой цели урока:

Вместе с детьми:

Изучить, что такое простые механизмы;

Рассмотреть, виды простых механизмов;

Условие равновесия рычага.

Учитель: Ребята, а как вы думаете для чего применяют простые механизмы?

Учащиеся: Их используют для уменьшения силы, которую мы прикладываем, т.е. для её преобразования.

Учитель: Простые механизмы имеются и в быту, и во всех сложных заводских машинах и т.д. Ребята, в каких бытовых приборах и устройствах имеются простые механизмы.

Учащиеся: В есы рычажные, ножницы, мясорубка, нож, топор, пила, и т.д.

Учитель: Какой простой механизм есть у подъемного крана.

Учащиеся: Рычаг (стрела), блоки.

Учитель: Сегодня мы более подробнее остановимся на одном из видов простых механизмов. Он находится на столе. Что это за механизм?

Учащиеся: Это рычаг.

Подвесим грузики на одно из плеч рычага и, используя другие грузики, уравновесим рычаг.

Посмотрим, что получилось. Мы видим, что плечи у грузиков отличаются друг от друга. Давайте качнем одно из плеч рычага. Что мы видим?

Учащиеся: Покачавшись, рычаг возвращается в положение равновесия.

Учитель: Что называется рычагом?

Учащиеся: Рычаг – это твердое тело, которое может вращаться вокруг неподвижной оси.

Учитель: Когда рычаг находится в равновесии?

Учащиеся:

1 вариант: одинаковое количество грузов на одинаковом расстоянии от оси вращения;

2 вариант: больше груз – меньше расстояние от оси вращения.

Учитель: Как называется такая зависимость в математике?

Учащиеся: Обратно пропорциональная.

Учитель: С какой силой грузы действуют на рычаг?

Учащиеся: Весом тела вследствие притяжения Земли. P = F тяж = F

Учитель: Это правило установил Архимед в III веке до нашей эры.

Задача: При помощи лома рабочий поднимает ящик массой 120кг. Какую силу он прикладывает к большему плечу рычага, если длина этого плеча 1,2 м, а меньшего плеса 0,3 м. Какой будет выигрыш в силе? (Ответ: Выигрыш в силе равен 4)

Решение задач (самостоятельно с последующей взаимопроверкой).

1. Первая сила равна 10 Н, а плечо этой силы 100 см. Чему равна вторая сила, если ее плечо равно 10 см? (Ответ: 100 Н)

2. Рабочий с помощью рычага поднимает груз весом 1000 Н, при этом он прилагает силу 500 Н. Каково плечо большей силы, если плечо меньшей силы 100 см? (Ответ: 50 см)

Подведение итогов.

Какие механизмы называются простыми?

Какие виды простых механизмов вы знаете?

Что такое рычаг?

Что такое плечо силы?

Каково правило равновесия рычага?

Какое значение имеют простые механизмы в жизни человека?

2. Перечислите простые механизмы, которые обнаружите дома и те, которые человек использует в повседневной жизни, записав их в таблицу: