«Рычаги в природе и технике» - Рычаги в технике. Рычажные механизмы. Архимед. Рычаги в живой природе. Шипы спинного плавника. Рычаги у членистоногих. Рычаги в живой природе и технике. Подвижные кости. Рычаги у двухстворчатых моллюсков. Рычажные механизмы скелета.
«Рычаги» - Тачка. Ножницы для резки металла. Точка опоры. В каком случае груз нести легче? Ворот. Ось вращения. Рычаги в быту, технике и природе.
«Рычаг» - Как можно еще применить рычаг? Груз. Не все одноклассники могут применять свои знания о рычагах. Архимед, связав понятия силы, груза и плеча. С помощью компьютерной программы рассчитывать рычаги удобнее и быстрее. Взрослые объяснили мне, что я применила дверь как рычаг. Рычаг второго рода. Какими еще свойствами обладает рычаг?
«Простые механизмы - рычаг» - Название списка. Устройство рычага. Применение рычагов. Какой из рычагов будет находиться в равновесии. Механизмы. Простые механизмы. Ножницы. Условие равновесия рычага. Два вида рычагов. Закрепление. Плечо. Почему дверную ручку прикрепляют не к середине двери. Приспособления. Рычаг.
«Блок» - Применение закона равновесия рычага к блоку. «Золотое правило» механики. Получая выигрыш в силе в 2 раза, проигрывают в 2 раза в пути. Равенство работ при использовании подвижного блока. Неподвижный блок. Комбинация блоков. Равенство работ при использовании рычага. При использовании рычага выигрыша в работе не получают.
«Рычаги в быту» - Разновидности рычага: блок и ворот. Наклоная плоскость клин винт. Равновесие рычага. Механическая работа. А=fs. Клин и винт. Рычаг блок ворот. Рычаги в технике и быту: весы одночашечные рычажные. Рычаги в технике и быту: пресс с рычагом. Простые механизмы. Рычаг. Что может использовать человек для совершения работы?
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
Простые механизмы в живой природе
В скелете животных и человека все кости, имеющие некото-рую свободу движения, являются рычагами , например, у чело-века — кости конечностей, нижняя челюсть, череп (точка опо-ры — первый позвонок), фаланги пальцев. У кошек рычагами яв-ляются подвижные когти; у многих рыб — шипы спинного плав-ника; у членистоногих — большинство сегментов их наружного скелета; у двустворчатых моллюсков — створки раковины.
Рычажные механизмы скелета обычно рассчитаны на выиг-рыш в скорости при проигрыше в силе. Это важно для приспосабливаемости и выживания.
Особенно большие выигрыши в скорости получаются у насекомых. Крылья некоторых насекомых начинают вибрировать согласно электрическим сигналам, которые проводятся нервами. Каждый из этих нервных сигналов проявляется в одном сокращении мышцы, которая в свою очередь двигает крыло. Две группы противоположных мышц, известных как «подниматель» и «опускатель», помогают крыльям подниматься и опускаться, натягивая в противоположные стороны. Стрекозы могут достигать в полете скорости до 40 км в час.
Соотношение длины плеч рычажного элемента скелета нахо-дится в тесной зависимости от выполняемых данным органом жизненных функций. Например, длинные ноги борзой и оленя определяют их способность к быстрому бегу; короткие лапы кро-та рассчитаны на развитие больших сил при малой скорости; длинные челюсти борзой позволяют быстро схватить добычу на бегу, а короткие челюсти бульдога смыкаются медленно, но сильно держат (жевательная мышца прикреплена очень близко к клыкам, и сила мышц передается на клыки почти без ослаб-ления).
В растениях рычажные элементы встречаются реже, что объясняется малой по-движностью растительного организма. Типичный ры-чаг — ствол дерева и состав-ляющий его продолжение главный корень. Глубоко уходящий в землю корень сосны или дуба оказывает огромное сопротивление опрокидыванию (велико плечо сопротивления), поэтому сосны и дубы почти никогда не выворачиваются с корнем. Наоборот, ели, имеющие чисто по-верхностную корневую систему, опрокидываются очень легко.
Интересные рычажные механизмы можно найти в некоторых цветах (например, тычинки шалфея), а также в некоторых рас-крывающихся плодах.
Рассмотрим строение лугового шалфея (рис. 10). Вытянутая тычинка служит длинным плечом А рычага. На ее конце распо-ложен пыльник. Короткое плечо Б рычага как бы стережет вход в цветок. Когда насекомое (чаще всего шмель) заползает в цветок, оно нажимает на короткое плечо рычага. Длинное плечо при этом пыльником ударяет по спинке шмеля и оставляет на ней пыльцу. Перелетая на другой цветок, насекомое этой пыль-цой опыляет его.
В природе распространены гибкие органы, которые могут в широких пределах менять свою кривизну (позвоночник, хвост, пальцы, тело змей и многих рыб). Их гибкость обусловлена или сочетанием большого числа коротких рычагов с системой тяг, или сочетанием элементов, сравнительно негибких, с промежуточными элементами, легко поддающимися деформации (хобот слона, тело гусеницы и др.). Управление изгибанием во втором случае достигается системой продольных или косо расположенных тяг.
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 . 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 имеют ручки гораздо длиннее лезвий, так как сила сопротивления металла велика и для её уравновешивания плечо действующей силы приходится значительно увеличивать. Ещё больше разница между длиной ручек и расстоянием режущей части от оси вращения в кусачках, предназначенных для перекусывания проколки.
Рычаги различного вида имеются у многих машин Ручка швейной машины, педали или ручной тормоз велосипеда, педали автомобиля и трактора, клавиши пианино – всё 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. Учебные весы действуют как равноплечий рычаг.
Рычаги встречаются также в разных частях тела животных и человека. Это, например, конечности, челюсти. Много рычагов можно указать в теле насекомых, птиц, в строении растений.
Ещё одним примером простых механизмов является блок.
Блок – это колесо с желобом, по которому пропускают верёвку, трос или цепь.
Обычно на практике применяют комбинацию подвижного блока с неподвижным.
Неподвижный блок не даёт выигрыша в силе. А применяется для удобства. Он изменяет направление действия силы, например, позволяет поднимать груз, стоя на земле.
Для получения большего выигрыша в силе применяют грузоподъёмный механизм – полиспаст.
Греческое слово «полиспаст» образовано от двух корней: «поли» - много и «спао» - тяну. Так что в целом получается «многотяг».
Полиспаст представляет собой комбинацию из двух обойм, одна из которых состоит из трёх неподвижных блоков, а другая из трёх подвижных блоков.
Поскольку каждый из подвижных блоков удваивает силу тяги, то в целом полиспаст даёт шестикратный выигрыш в силе.
К простым механизмам относятся не только рассмотренные нами рычаг и блоки, но и ряд других приспособлений (например, наклонная плоскость, клин, винт, ворот)
Во многих случаях, вместо того чтобы поднимать тяжёлый груз на некоторую высоту, его втаскивают на ту же высоту по наклонной плоскости (клин и винт)
Наклонная плоскость - простой механизм в виде плоской поверхности, установленной под углом, отличным от прямого, к горизонтальной поверхности .
Клин - простой механизм в виде призмы, рабочие поверхности которого сходятся под острым углом. Используется для раздвижения, разделения на части обрабатываемого предмета .
Винт - простой механизм. Резьба винта, в сущности, представляет собой другой простейший механизм - наклонную плоскость, многократно обёрнутую вокруг цилиндра.
Ворот - это два колеса, соединенные вместе и вращающиеся вокруг одной оси, например, колодезный ворот с ручкой.
Лебедка - конструкция, состоящая из двух воротов с промежуточными передачами в механизме привода .
В древние времена многие простые механизмы использовались в военных целях. Это баллисты, катапульты и другие устройства. Особенно большим количеством изобретений в этой области прославился Архимед.
Когда римские войска осадили Сиракузы, 75-летний Архимед возглавил оборону родного города. Сконструированный им механизмы поразили воображение современников. Огромный урон, наносимый римским войскам «железными лапами» и метательными машинами Архимеда, привел по словам Плутарха, к тому, что «римляне стали так трусливы, что если замечали, что над стеной движется кусок каната или бревно, то кричали: «Вот, вот оно!» - и, думая, что Архимед хочет направить на них какую-нибудь машину, удалялись в бегство».
Несколько месяцев длилась осада Сиракуз, и лишь благодаря предателям, открывшим ворота, римляне наконец смогли ворваться в город. «Немало примеров гнусной злобы и гнусной алчности можно было бы припомнить, - пишет Тит Ливий (1 в до н.э.) о разграблении Сиракуз, - но самый знаменитый между ними – убийство Архимеда. Среди дикого смятения, под крики и топот озверевших солдат, Архимед спокойно размышлял, рассматривая начерченные на песке фигуры, и какой-то грабитель заколол его мечом, даже не подозревая, кто это».
Многовековая практика показала, что ни один из механизмов не даёт выигрыша в работе. Применяют же различные механизмы для того, чтобы в зависимости от условий работы выиграть в силе или пути.
Уже древним учёным было известно правило:
| 2 | |
Рычаги в природе, технике и быту.
Дайте мне точку опоры, и я переверну земной шар!
Архимед.
Цели урока.
Образовательные.
1. Сформировать умения применять полученные знания для объяснения действий простых механизмов.
2. Углубить знания о применении рычагов в технике, быту и природе
3. Ввести понятие о блоке, его видах.
Развивающие.
1. Развитие познавательных интересов, коммуникативных качеств.
2. Развитие технического мышления.
3. Развитие умений и навыков самостоятельной работы.
Воспитательные.
1. Воспитывать ответственность, дисциплинированность, добросовестное отношение к выполняемой работе.
2. Прививать навыки сотрудничества, умения работать в коллективе.
Тип занятия :комбинированный (усвоение знаний на основе имеющихся )
Методы обучения : практические, наглядные, исследовательские, поисковые.
Межпредметные связи : математика, биология, техника.
Оснащение: презентация, ножницы, кусачки, клещи. Инструкции к практической работе.
Ход урока:
1. Орг. момент.(вступительное слово)
2 . Повторение изученного ранее. (ребусы)
3 . Изучение новой темы
Ученик 1. 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.
Задача по слайду.
Ученик 2 . 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.
Ученик 3 . 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.
Ученик 4 . Растения. Много рычагов можно указать в теле насекомых, птиц, в строении растений. Например, тычинки цветка шалфея представляют собой своеобразные рычаги. От оси тычинок отходят два плеча: длинное и короткое. На конце длинного изогнутого, как коромысло плеча, висит пыльцевой мешочек, а короткое плечо сплющено. Оно закрывает вход в глубину цветка, где находится нектар. Шмель, пытаясь дотянуться до нектара, обязательно задевает короткое плечо. При этом длинное плечо опускается, осыпая спинку шмеля пыльцой. А шмель летит дальше, касается рыльца пестика нового цветка и опыляет его.
Ученик 5. Вывод . Ещё до нашей эры люди начали применять рычаги в строительном деле, например, при постройке пирамид в Египте. Рычаг позволяет получить выигрыш в силе, 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, поднимая маленькой силой груз большого веса, мы вынуждены совершать большее перемещение
4. Физпауза. Загадки.
Практическая работа .
Цель: проанализировать информацию о применении рычагов в быту.
Задание для группы 1.
Определить силу давления ножниц на лист бумаги, используя ножницы, динамометр. Инструкция по выполнению задания прилагается.
Заполнить таблицу.
Прикладываемая силаF1,Н
Плечо l1, см
Плечо
l2, см
Сила давления ножниц,
F2, Н
Правило равновесия
F1 = l2
F2 l1
Момент сил
М 1= М2
Выигрыш в силе:
Вывод:
ИНСТРУКЦИЯ.
1. Возьмите ножницы.
2. С помощью линейки измерьте расстояние l1, см от центра ножниц (гвоздика) до центра колец ножниц. Результат запишите в таблицу.
3. Возьмите лист бумаги, сделайте надрез и с помощью линейки измерьте расстояние от центра ножниц (гвоздя) до листа бумаги (см. рисунок). Полученный результат l2, см запишите в таблицу.
4. Возьмите динамометр. Ножницы с листом бумаги привести в рабочее положение (см. рисунок), зацепите крючком динамометра за кольцо ножниц и тянуть, пока ножницы не разрежут лист бумаги. И в этот момент зафиксировать показания динамометра, F1 Данные записать в таблицу.
5. Используя формулу для правила равновесия рычага, вычислить силу давления ножниц F2на лист бумаги.
6. Проверить, соблюдется ли правило равновесия рычага и правило моментов Результаты занести в таблицу.
Практическая работа.
Цель: проанализировать информацию о применении рычагов в природе
Задание для группы 2.
Вычислить силу мышц своей руки при подъеме груза и его
фиксации. Инструкция по выполнению задания прилагается .
Заполнить таблицу.
Сила давления груза,F 2, Н
Плечо l 2 , см
Плечо
l 1 , см
Сила мышц руки
F 1, Н
Правило равновесия
F 1 = l 2
F 2 l 1
Момент сил
М 1 = М 2
Выигрыш в силе:
Вывод:
ИНСТРУКЦИЯ.
1. Возьмите набор грузов в руку.
2. С помощью линейки измерьте расстояние l2, см от оси вращения руки (локтя) до места фиксации груза. Результат запишите в таблицу.
3. Вычислите силу давления груза F2, зная, что в наборе 3 груза, а сила давления одного груза 1 Н. Данные запишите в таблицу.
4. С помощью линейки измерьте расстояние l1, см от оси вращения руки (локтя) до мышцы руки, см. рисунок. Результат запишите в таблицу.
5. Используя формулу для правила равновесия рычага, вычислить силу мышц руки F1 при подъеме груза.
6. Проверить, соблюдется ли правило равновесия рычага и правило моментов. Результаты занести в таблицу.
7. Определить выигрыш в силе.
8. Сделайте вывод, используя данные п.6 и п.7.
5. Рефлексия. Нарисуйте на полях смайлик, улыбающийся, если урок понравился, серьезный, если осталось что то непонятным и унылый, если не понравилось на уроке.
6. Итоги урока: выставление оценок.
7. Домашнее задание.