Сообщение рычаг в технике быту и природе. Презентация по физике на тему: Рычаги в быту и живой природе (7 класс)
Рычаги в быту и технике
Рычаги широко распространены в быту. Вам было бы гораздо сложнее открыть туго завинченный водопроводный кран, если бы у него не было ручки в 3-5 см, которая представляет собой маленький, но очень эффективный рычаг. То же самое относится к гаечному ключу, которым вы откручиваете или закручиваете болт или гайку. Чем длиннее ключ, тем легче вам будет открутить эту гайку, или наоборот, тем туже вы сможете её затянуть. При работе с особо крупными и тяжелыми болтами и гайками, например при ремонте различных механизмов, автомобилей, станков, используют гаечные ключи с рукояткой до метра.
Другой яркий пример рычага в повседневной жизни – самая обычная дверь. Попробуйте открыть дверь, толкая её возле крепления петель. Дверь будет поддаваться очень тяжело. Но чем дальше от дверных петель будет располагаться точка приложения усилия, тем легче вам будет открыть дверь.
Естественно, рычаги так же повсеместно распространены и в технике. Самый очевидный пример – рычаг переключения коробки передач в автомобиле. Короткое плечо рычага – та его часть, что вы видите в салоне. Длинное плечо рычага скрыто под днищем автомобиля, и длиннее короткого примерно в два раза. Когда вы переставляете рычаг из одного положения в другое, длинное плечо в коробке передач переключает соответствующие механизмы. Здесь так же очень наглядно можно увидеть, как длина плеча рычага, диапазон его хода и сила, необходимая для его сдвига, соотносятся друг с другом.
 |
Рычаги можно встретить на стройке: экскаватор, подъемный кран, тачка, лом.
Примером рычага, дающего выигрыш в силе, могут служить ножницы для резки бумаги, кусачки, ножницы для резки металла, лопата.
Рычаги различного вида имеются у многих машин: ручка швейной машины, педали или ручной тормоз велосипеда, клавиши пианино - все это примеры рычагов. Весы - тоже пример рычага.
Примером рычага, дающего проигрыш в силе, является весло. Это необходимо для получения выигрыша в расстоянии. Чем длиннее часть весла опускаемого в воду, тем больше его радиус вращения и скорость движения.
Таким образом, мы можем убедиться в том, что механизм рычага очень широко распространен как в нашем повседневном быту, и в различных механизмах.
Мы вправе без преувеличения сказать, что каждый человек гораздо сильнее самого себя, т. е. что наши мускулы развивают силу, значительно большую 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 у 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.
Рычаги в технике, быту и природе.
Правило рычага (или правило моментов) лежит в основе действия различного рода инструментов и устройств, применяемых в технике и быту там, где требуется выигрыш в силе или в пути.
Выигрыш в силе мы имеем при работе с ножницами. Ножницы - это рычаг (рисунок 1), ось вращения которого, происходит через винт, соединяющий обе половины ножниц. Действующей силой F1 является мускульная сила руки человека, сжимающего ножницы. Противодействующей силой F2 - сила сопротивления такого материала, который режут ножницами. В зависимости от назначения ножниц их устройство бывает различным. Конторские ножницы, предназначенные для резки бумаги, имеют длинные лезвия и почти такой же длины ручки. Для резки бумаги не требуется большой силы, а длинным лезвием удобнее резать по прямой линии.
Ножницы для резки листового металла (рисунок 2) имеют ручки гораздо длиннее лезвий, так как сила сопротивления металла велика и для ее уравновешивания плечо действующей силы приходится значительно увеличивать. Еще больше разница между длиной ручек и расстоянии режущей части и оси вращения в кусачках (рисунок 3), предназначенных для перекусывания проволоки.
Рычаги различного вида имеются у многих машин. Ручка швейной машины, педали или ручной тормоз велосипеда, педали автомобиля и трактора, клавиши пианино - все это примеры рычагов, используемых в данных машинах и инструментах.
Примеры применения рычагов - это рукоятки тисков и верстаков, рычаг сверлильного станка и т. д.
На принципе рычага основано действие и рычажных весов (рисунок 4). Учебные весы, изображенные на рисунке 5, вы уже знаете по параграфу "Масса", действуют как равноплечий рычаг . В десятичных весах (рисунок 6) плечо, к которому подвешена чашка с гирями, в 10 раз длиннее плеча, несущего груз. Это значительно упрощает взвешивание больших грузов. Взвешивая груз на десятичных весах, следует умножить массу гирь на 10.
Устройство весов для взвешивания грузовых вагонов автомобилей также основано на правиле рычага.
Рычаги встречаются также в разных частях тела животных и человека. Это, например, руки, ноги, челюсти. Много рычагов можно найти в теле насекомых (прочитав книгу про насекомых и строение их тела), птиц, в строении растений.
Применение закона равновесия рычага к блоку.
Блок представляет собой колесо с желобом, укрепленное в обойме. По желобу блока пропускается веревка, трос или цепь.
Неподвижным блоком называется такой блок, ось которого закреплена, и при подъеме грузов не поднимается и не опускается (рисунок 7).
Неподвижный блок можно рассматривать как равноплечий рычаг, у которого плечи сил равны радиусу колеса (рис): ОА = ОВ = r. Такой блок не дает выигрыша в силе. (F1 = F2), но позволяет менять направление действие силы.
Подвижный блок - это блок. ось которого поднимается и опускается вместе с грузом (рисунок 8). На рисунке показан соответствующий ему рычаг: О - точка опоры рычага, ОА - плечо силы Р и ОВ - плечо силы F. Так как плечо ОВ в 2 раза больше плеча ОА, то сила F в 2 раза меньше силы Р:
F = P/2.
Таким образом, подвижный блок дает выигрыш в силе в 2 раза.
Это можно доказать и пользуясь понятием момента силы. При равновесии блока моменты сил F и Р равны друг другу. Но плечо силы F в 2 раза больше плеча силы Р, то сама сила F в 2 раза меньше силы Р.
Обычно на практике применяют комбинацию неподвижного блока с подвижным (рисунок 9). Неподвижный блок применяется только для удобства. Он не дает выигрыша в силе, но изменяет направление действия силы, например позволяет поднимать груз, стоя на земле.
Рычаг - один из наиболее распространенных и простых типов механизмов в мире, присутствующий как в природе, так и в рукотворном мире, созданном человеком.
Тело человека как рычаг
К примеру, скелет и опорно-двигательная система человека или любого животного состоит из десятков и сотен рычагов. Взглянем на локтевой сустав. Лучевая и плечевая кости соединятся вместе хрящом, к ним так же присоединяются мышцы бицепса и трицепса. Вот мы и получаем простейший механизм рычага .
Если вы держите в руке гантель весом в 3 кг, какое усилие при этом развивает ваша мышца? Место соединения кости и мышцы делит кость в соотношении 1 к 8, следовательно, мышца развивает усилие в 24 кг! Получается, мы сильнее самих себя. Но рычажная система нашего скелета не позволяет нам в полной мере использовать нашу силу.
Наглядный пример более удачного применения преимуществ рычага в скелетно-мышечной системе организма обратные задние колени у многих животных (все виды кошек, лошади, и т.д.).
Их кости длиннее наших, а особое устройство их задних ног позволяет им гораздо эффективнее использовать силу своих мышц. Да, несомненно, их мышцы гораздо сильнее чем у нас, но и вес их больше на порядок.
Средне-статистическая лошадь весит около 450 кг, и при этом может легко прыгнуть на высоту около двух метров. Нам же с вами, чтобы выполнить такой прыжок, надо быть мастерами спорта по прыжкам в высоту, хотя мы весим в 8-9 раз меньше, чем лошадь.
Раз уж мы вспомнили о прыжках в высоту, рассмотрим варианты применения рычага, которые придуман человеком. Прыжки в высоту с шестом очень наглядный пример.
При помощи рычага длинной около трех метров (длинна шеста для прыжков в высоту около пяти метров, следовательно, длинное плечо рычага, начинающееся в месте перегиба шеста в момент прыжка, составляет около трех метров) и правильного приложения усилия, спортсмен взлетает на головокружительную высоту до шести метров.
Рычаг в быту
Рычаги так же распространены и в быту. Вам было бы гораздо сложнее открыть туго завинченный водопроводный кран, если бы у него не было ручки в 3-5 см, которая представляет собой маленький, но очень эффективный рычаг.
То же самое относится к гаечному ключу, которым вы откручиваете или закручиваете болт или гайку. Чем длиннее ключ, тем легче вам будет открутить эту гайку, или наоборот, тем туже вы сможете её затянуть.
При работе с особо крупными и тяжелыми болтами и гайками, например при ремонте различных механизмов, автомобилей, станков, используют гаечные ключи с рукояткой до метра.
Другой яркий пример рычага в повседневной жизни самая обычная дверь. Попробуйте открыть дверь, толкая её возле крепления петель. Дверь будет поддаваться очень тяжело. Но чем дальше от дверных петель будет располагаться точка приложения усилия, тем легче вам будет открыть дверь.
Рычаги в технике
Естественно, рычаги так же повсеместно распространены и в технике. Самый очевидный пример рычаг переключения коробки передач в автомобиле. Короткое плечо рычага та его часть, что вы видите в салоне.
Длинное плечо рычага скрыто под днищем автомобиля, и длиннее короткого примерно в два раза. Когда вы переставляете рычаг из одного положения в другое, длинное плечо в коробке передач переключает соответствующие механизмы.
Здесь так же очень наглядно можно увидеть, как длина плеча рычага, диапазон его хода и сила, необходимая для его сдвига, соотносятся друг с другом.
Например, в спортивных автомобилях, для более быстрого переключения передач, рычаг обычно устанавливают короткий, и диапазон его хода так же делают коротким.
Однако, в этом случае водителю необходимо прилагать больше усилий, чтобы переключить передачу. Напротив, в большегрузных автомобилях, где механизмы сами по себе тяжелее, рычаг делают длиннее, и диапазон его хода так же длиннее, чем в легковом автомобиле.
Таким образом, мы можем убедиться в том, что механизм рычага очень широко распространен как в природе, так и в нашем повседневном быту, и в различных механизмах.
Нужна помощь в учебе?
Предыдущая тема: Момент силы: правило и применениеСледующая тема: Приложение закона равновесия рычага к блоку: золотое правило механики
- 1. Рычаги в технике, быту и природе. С незапамятных времен людииспользуют для совершениямеханической работы различныеприспособления. С помощью рычагов3тыс. лет назад при строительствепирамиды Хеопса в Древнем Египтепередвигали и поднимали плитымассой 2.5 тонн на высоту до 147метров. Простыми механизмами называют приспособления, служащие для преобразования силы. К простым механизмам относятся:рычаг и его разновидности- блок, ворот; наклонная плоскость и ееразновидности-клин, винт. В большинстве случаев простыемеханизмы применяют для того чтобыполучить выигрыш в силе,т. е.увеличить силу действующую на тело,в несколько раз.
- 2. Блок – одна изразновидностейрычага. В бытуприменяется какнеподвижныйблок, которыйизменяетнаправлениесилы, напримердля поднятиятяжестей навысоту; так иподвижный блок,для получениявыигрыша в силе.
- 3. Рычаг Рычаг представляет собой твердоетело, которое может вращаться вокругнеподвижной опоры. Кратчайшее расстояние между точкойопоры и прямой, вдоль которойдействует на рычаг сила, называетсяплечом силы. Рычаг находится в равновесии тогда,когда силы, действующие на нег,обратно пропорциональны плечам этихсил. Правило рычага было установленоАрхимедом около 287-212 г.г. до н. э. Из этого правила следует, чтоменьшей силой можноуравновешивать при помощи рычагабольшую силу. При этом плечоменьшей силы должно быть длиннееплеча большей силы.
- 4. Рычаг в технике, природе, быту Правило рычага лежит в основедействия различного родаустройств и инструментов,применяемых в технике и бытутам где требуется выигрыш всиле или пути. Примером могутслужить ножницы, кусачки,ножницы для резки металла.Рычаги различного вида имеютсяу многих машин: ручка швейноймашины, педали или ручнойтормоз велосипеда, клавишипианино - все это примерырычагов. Весы - тоже примеррычага. Рычаги встречаются также вразных частях тела животных ичеловека. Это конечности,челюсти. Много рычагов можноуказать в теле насекомых, птиц, встроении растений.
- 5. Историческая справка Великий математик, механик иинженер древности Архимед родилсяв 287 г. до н. э. (предположительно) вСиракузах– богатомторговом городе Сицилии. Отцом егобыл астроном Фидий, который привилсыну с детства любовь к математике,механике и астрономии. Уже прижизни Архимеда вокруг его именисоздавались легенды, поводом длякоторых служили его поразительныеизобретения, производившиеошеломляющее действие насовременников. Известен рассказ отом, как Архимед сумел определить,сделана ли корона царя Нерон изчистого золота или ювелир подмешалтуда значительное количествосеребра. Удельный вес золота былизвестен, но трудность состояла в том,чтобы точно определить объёмкороны: ведь она имела неправильнуюформу! Архимед всё времяразмышлял над этой задачей. Как-тоон принимал ванну, и тут ему пришлав голову блестящая идея: погружаякорону в воду, можно определить еёобъём, измерив объём вытесненнойею воды.
- 6. Легенда. Другая легенда рассказывает, чтопостроенный Гипероном в подарокегипетскому царю Птолемеюроскошный корабль «Сирокосия»никак не удавалось спустить на воду.Архимед соорудил систему блоков(полиспаст), с помощью которой онсмог проделать эту работу однимдвижением руки. Этот случай илиразмышления Архимеда надпринципом рычага послужилиповодом его крылатых слов: «Дайтемне точку опоры, и я сдвинуЗемлю».Архимед прославился идругими механическимиконструкциями. Изобретённый имбесконечный, или архимедов, винтдля вычёрпывания воды до сих порприменяется в Египте. Архимедпостроил планетарий, или «небеснуюсферу», при движении которой можнобыло наблюдать движение пятипланет, восход Солнца и Луны, фазы изатмения Луны, исчезновение обоихтел за линией горизонта. ИдеиАрхимеда почти на два тысячелетияопередили своё время.
- 7. Момент силы. Произведение модуля силы,вращающей тело, на ее плечоназывается моментом силы. M=F*l Единицей измерения момента силыявляется 1 ньютон*метр. Отсюда можно сформулироватьеще одно правило равновесия рычага: рычаг находится в равновесии под действием двух сил, если момент силы, вращающей его по часовой стрелке, равен моменту силы, вращающей его против часовой стрелки. Это правило называют правиломмоментов. Момент силы характеризуетдействие силы и показывает, что онозависит одновременно и от модулясилы, и от ее плеча. Действительно,дверь тем легче повернуть, чемдальше от оси вращения приложенадействующая на нее сила; ведро темлегче поднять из колодца, чем длиннееручка ворота и т. д.
- 8. Момент силыГруз легче нести, когда момент силы наименьший, то есть, при одинаковомгрузе, имея меньшее плечо, момент силы будет меньшим. Первомумальчику легче нести груз.1 2
- 9. Рычажные весыНа принциперычага основанодействие рычаж-ных весов:а)автомобильных,б)учебных,в)медицинских,г)магазинных.абв г
- 10. Правило рычага в бытуНожницы-это рычаг, осьвращения которого проходитчерез винт, соединяющийобе половины ножниц.Действующей силой F1 являетсямускульная сила руки человека,сжимающего ножницы. Противо-действующей силой F2 – силасопротивления материала, кото-рый режут ножницы.В зависимости от назначенияножниц их устройство бываетразличным: а) для резкиматериала ручки короче лезвий,б) для резки металла, ручкидлиннее лезвий, т. к.сопротивление металла больше,в) у кусачек еще больше разницамежду длиной ручек и режущейчастью, предназначенных дляперекусывания проволоки.абв
- 11. Выигрыш в силеИспользуя правило рычага,рабочий перевозит по весубольший груз на тележке,чем он нес бы его в руках.
- 12. Рычаги в природеа бРычаги встречаются в разных частях тела животных и человека:а) согнутая в локте под прямым углом рука человека держит мяч, вданном случае мускульная сила равна весу мяча, локоть – опора,лучевая кость – плечо рычага; б) человек давит ногой на педаль,в зависимости от расположения стопы на педали, т.е. точки опорыможно давить на педаль с разной силой.
"Я Землю бы мог повернуть рычагом, лишь дайте мне точку опоры”
Архимед
Рычаг - один из наиболее распространенных и простых типов механизмов в мире, присутствующий как в природе, так и в созданном человеком мире. Рычагом называют твердое тело, которое может вращаться вокруг некоторой оси. Рычаг - это необязательно длинный и тонкий предмет.
Тело человека как рычаг
В скелете животных и человека все кости, имеющие некоторую свободу движения, являются рычагами, например, у человека – кости конечностей, нижняя челюсть, череп, фаланги пальцев.
Взглянем на локтевой сустав. Лучевая и плечевая кости соединятся вместе хрящом, к ним так же присоединяются мышцы бицепса и трицепса. Вот мы и получаем простейший механизм рычага.
Если вы держите в руке гантель весом в 3 кг, какое усилие при этом развивает ваша мышца? Место соединения кости и мышцы делит кость в соотношении 1 к 8, следовательно, мышца развивает усилие в 24 кг! Получается, мы сильнее самих себя. Но рычажная система нашего скелета не позволяет нам в полной мере использовать нашу силу.
Наглядный пример более удачного применения преимуществ рычага в скелетно-мышечной системе организма обратные задние колени у многих животных (все виды кошек, лошади, и т.д.).
Их кости длиннее наших, а особое устройство их задних ног позволяет им гораздо эффективнее использовать силу своих мышц. Да, несомненно, их мышцы гораздо сильнее чем у нас, но и вес их больше на порядок.
Средне-статистическая лошадь весит около 450 кг, и при этом может легко прыгнуть на высоту около двух метров. Нам же с вами, чтобы выполнить такой прыжок, надо быть мастерами спорта по прыжкам в высоту, хотя мы весим в 8-9 раз меньше, чем лошадь.
Раз уж мы вспомнили о прыжках в высоту, рассмотрим варианты применения рычага, которые придуман человеком. Прыжки в высоту с шестом очень наглядный пример.
При помощи рычага длинной около трех метров (длинна шеста для прыжков в высоту около пяти метров, следовательно, длинное плечо рычага, начинающееся в месте перегиба шеста в момент прыжка, составляет около трех метров) и правильного приложения усилия, спортсмен взлетает на головокружительную высоту до шести метров.
Возьмите ручку, пишите что-нибудь или рисуйте и наблюдайте за ручкой и движением пальцев. Скоро вы обнаружите, что ручка – это рычаг. Найдите точку опоры, оцените плечи и убедитесь, что и в этом случае вы проигрываете в силе, но выигрываете в скорости и расстоянии. Собственно при письме сила трения грифеля о бумагу невелика, так что мышцы пальцев не слишком напрягаются. Но есть такие виды работ, когда пальцы должны работать во всю, преодолевая значительные силы, и при этом совершать движения исключительной точности: пальцы хирурга, музыканта.
Рычаг в быту
Рычаги так же распространены и в быту. Вам было бы гораздо сложнее открыть туго завинченный водопроводный кран, если бы у него не было ручки в 4-6 см, которая представляет собой маленький, но очень эффективный рычаг.
То же самое относится к гаечному ключу, которым вы откручиваете или закручиваете болт или гайку. Чем длиннее ключ, тем легче вам будет открутить эту гайку, или наоборот, тем туже вы сможете её затянуть.
При работе с особо крупными и тяжелыми болтами и гайками, например при ремонте различных механизмов, автомобилей, станков, используют гаечные ключи с рукояткой до метра.
Другой яркий пример рычага в повседневной жизни самая обычная дверь. Попробуйте открыть дверь, толкая её возле крепления петель. Дверь будет поддаваться очень тяжело. Но чем дальше от дверных петель будет располагаться точка приложения усилия, тем легче вам будет открыть дверь.
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.
«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.
Рычаги в технике
Естественно, рычаги так же повсеместно распространены и в технике.
Простой механизм "рычаг" имеет две разновидности: блок и ворот
.
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, или колесом.
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
Еще до нашей Эры люди начали применять рычаги в строительном деле.
Например, на рисунке вы видите использование рычага при постройке здания. О том, что рычаги, блоки и прессы позволяют получить выигрыш в силе, мы уже знаем. Однако "даром" ли дается такой выигрыш?
При пользовании рычагом более длинный его конец проходит больший путь. Таким образом, получив выигрыш в силе, мы получаем проигрыш в расстоянии. Это значит, что, поднимая маленькой силой груз большого веса, мы вынуждены совершать большое перемещение.
Самый очевидный пример рычаг переключения коробки передач в автомобиле. Короткое плечо рычага та его часть, что вы видите в салоне.
Длинное плечо рычага скрыто под днищем автомобиля, и длиннее короткого примерно в два раза. Когда вы переставляете рычаг из одного положения в другое, длинное плечо в коробке передач переключает соответствующие механизмы.
Например, в спортивных автомобилях, для более быстрого переключения передач, рычаг обычно устанавливают короткий, и диапазон его хода так же делают коротким.
Однако, в этом случае водителю необходимо прилагать больше усилий, чтобы переключить передачу. Напротив, в большегрузных автомобилях, где механизмы сами по себе тяжелее, рычаг делают длиннее, и диапазон его хода так же длиннее, чем в легковом автомобиле.
Простой механизм «наклонная плоскость» и её две разновидности – клин и винт
Наклонная плоскость применяется для перемещения тяжелых предметов на более высокий уровень без их непосредственного поднятия.Если нужно поднять груз на высоту, всегда легче воспользоваться пологим подъемом, чем крутым. Причем, чем положе уклон, тем легче выполнить эту работу.
Тело на наклонной плоскости удерживается силой, которая... по величине во столько раз меньше веса этого тела, во сколько раз длина наклонной плоскости больше ее высоты.
Клин, вбиваемый в полено, действует на него сверху вниз. При этом он раздвигает образующиеся половинки влево и вправо. То есть клин изменяет направление действия силы.
Таким образом, мы можем убедиться в том, что механизм рычага очень широко распространен как в природе, так и в нашем повседневном быту, и в различных механизмах.
Кроме того, сила, с которой он раздвигает половинки бревна, гораздо больше силы, с которой молот воздействует на клин. Следовательно, клин изменяет и числовое значение приложенной силы.
Деревообрабатывающие и садовые инструменты представляли клин – это струг, тесла, скобели, лопата, мотыга. Землю обрабатывали сохой, бороной. Убирали урожай с помощью граблей, кос, серпов.
Винт – это вид наклонной плоскости. С его помощью можно получить значительный выигрыш в силе.
Поворачивая гайку, надетую на болт, мы поднимаем её по наклонной плоскости и выигрываем в силе.
Поворачивая рукоятку штопора по часовой стрелке, мы вызываем продвижение винта штопора вниз. Происходит преобразование движения: вращательное движение штопора приводит к его поступательному движению.
