Как найти условия равновесия рычага. Рычаг. Равновесие рычага. Момент силы
Сила человека ограничена. Поэтому он часто применяет устройства (или приспособления), позволяющие преобразовать его силу в силу, существенно большую. Примером подобного приспособления является рычаг.
Рычаг представляет собой твердое тело, способное вращаться вокруг неподвижной опоры. В качестве рычага могут быть использованы лом, доска и тому подобные предметы.
Различают два вида рычагов. У рычага 1-го рода неподвижная точка опоры O располагается между линиями действия приложенных сил (рис. 47), а у рычага 2-го рода она располагается по одну сторону от них (рис. 48). Использование рычага позволяет получить выигрыш в силе. Так, например, рабочий, изображенный на рисунке 47, прикладывая к рычагу силу 400 Н, сможет приподнять груз весом 800 Н. Разделив 800 Н на 400 Н, мы получим выигрыш в силе, равный 2.
Для расчета выигрыша в силе, получаемого с помощью рычага, следует знать правило, открытое Архимедом еще в III в. до н. э. Для установления этого правила проделаем опыт. Укрепим на штативе рычаг и по обе стороны от оси вращения прикрепим к нему грузы (рис. 49). Действующие на рычаг силы F 1
и F 2
будут равны весам этих грузов. Из опыта, изображенного на рисунке 49, видно, что если плечо одной силы (т. е. расстояние OA
) в 2 раза превышает плечо другой силы (расстояние OB
), то силой 2 Н можно уравновесить в 2 раза большую силу – 4 Н. 
Итак, для того чтобы уравновесить меньшей силой большую силу, необходимо, чтобы ее плечо превышало плечо большей силы. Выигрыш в силе, получаемый с помощью рычага, определяется отношением плеч приложенных сил
. В этом состоит правило рычага
.
Обозначим плечи сил через l 1 и l 2 (рис. 50). Тогда правило рычага можно представить в виде следующей формулы:
Эта формула показывает, что рычаг находится в равновесии, если приложенные к нему силы обратно пропорциональны их плечам
.
Рычаг начал применяться людьми в глубокой древности. С его помощью удавалось поднимать тяжелые каменные плиты при постройке пирамид в Древнем Египте (рис. 51). Без рычага это было бы невозможно. Ведь, например, для возведения пирамиды Хеопса, имеющей высоту 147 м, было использовано более двух миллионов каменных глыб, самая меньшая из которых имела массу 2,5 т!
В наше время рычаги находят широкое применение как на производстве (например, подъемные краны), так и в быту (ножницы, кусачки, весы и т. д.).
1. Что представляет собой рычаг? 2. В чем заключается правило рычага? Кто его открыл? 3. Чем отличается рычаг 1-го рода от рычага 2-го рода? 4. Приведите примеры применения рычагов. 5. Рассмотрите рисунки 52, а и 52, б. В каком случае груз нести легче? Почему?
Экспериментальное задание.
Положите под середину линейки карандаш так, чтобы линейка находилась в равновесии. Не меняя взаимного расположения линейки и карандаша, уравновесьте иа полученном рычаге одну монету с одной стороны и стопку из трех таких же монет с другой стороны. Измерьте плечи приложенных (со стороны монет) сил и проверьте правило рычага.
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.
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.
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
2016 – 2017 уч.год
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
1
2
3
4
5
6
7
8
9
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
этап: помощь и контроль над работой
учащихся
Физминутка
Организационнодеятельностный
этап: практическая работа,
актуализация и целеполагание
Этап практического закрепления
полученных знаний: решение задач
Этап закрепления пройденного
материала
Введение понятия «простые
механизмы», по
Работа с учебником, составление
схемы
Самооценка
Физические упражнения
Сбор установки
Введение понятия «рычаг»,
постановка целей
Введение понятия «плечо силы»
Экспериментальное
подтверждение правила равновесия
рычага
Самооценка
Решают задачи
Взаимопроверка
Отвечают на вопросы
Этап обсуждения домашнего задания
Записывают домашнее задание
10
Этап рефлексии:
предлагается ученикам выделить
новое, интересное, трудное в уроке
Делятся своими впечатлениями в
устной и письменной форме
Учитель:
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.
На экране несколько картинок:
Что выполняют эти люди? (механическую работу)
Египтяне строят пирамиду (рычаг);
Человек поднимает (с помощью ворота) из колодца воду;
Люди катят бочку на корабль (наклонная плоскость);
Человек поднимает груз (блок).
Учитель:
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:
Учащиеся: Простые механизмы
Учитель:
Правильно! Простые механизмы. Как вы думаете по какой теме на уроке мы будем с Вами
Как можно назвать одним словом данные приспособления?
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: Весы 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 = Fтяж= F
F
1
F
2
l
2
l
1
где F1 – модуль первой силы;
F2 – модуль второй силы;
l1 – плечо первой силы;
l2 – плечо второй силы.
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?
Д/з
1. Читать параграф.
2. Перечислите простые механизмы, которые обнаружите дома и те, которые человек
использует в повседневной жизни, записав их в таблицу:
Простой механизм в быту, в технике
Вид простого механизма
3. Дополнительно. Подготовить сообщение об одном простом механизме, применяемом в быту,