Анализ и методика изложения темы простые механизмы

Обновлено: 04.07.2024

Трехтысячный год до нашей эры. Действо разворачивается на территории современного графства Уилтшир в Англии на живописных солсберийских равнинах.

Шумная ватага людей решительно тащит громадный тридцатитонный кремнистый песчаник, распространенную горную породу местности, в то время, как в арьергарде камне-человеко-колонны кипит основная работа: туда-сюда то и дело снуют крепкие ребята с бревнами, оперативно перекатывая и подкладывая спереди округлые деревяшки, выкатившиеся из-под камня сзади.

Короче говоря, транспортировочная суета.

Вот так, в нескольких словах можно описать процесс самой загадочной и мистической стройки человечества — процесс сооружения мегалитического Стоунхенджа.

Никому доподлинно неизвестно, кто возвел это чудо света — кельтские ли жрецы, может, древние бритты, предки современных французов, свидетели Мерлиновой бороды или инопланетяне.

Неизвестно и то, какую цель преследовали возводившие: археологи, историки и ученые всего мира до сих пор бьются над разгадками тайн постройки этого сооружения каменного века, неофициально именуемого восьмым чудом света.

Рисунок 1. Одна из древнейших комплексных стройплощадок человечества — неолитический Стоунхендж.

Однако одно все же известно.

Наши предки, еще задолго до изобретения колеса, кое-что таки смыслили в физике. Иначе как бы им удавалось в двадцать-тридцать рук перемещать на огромные расстояния объекты массой более тридцати тонн?

Что такое механизм?

История стара как мир: при меньшем получить больше.

Таков закон нашего существования в природе. Ресурсы человека ограничены, условия жизни — быстротечны и непредсказуемы, потребности — велики. А чтобы процветать и выживать, не нарушая пропорции данных трех переменных, необходимо умение не только подстраиваться, но и использовать с умом то, что дано. В конце концов, умение облегчить себе труд и превысить мышечные возможности — это то, что выделяет нас на фоне других представителей царства животных.

Именно поэтому технологические решения всегда развивались параллельно с человеком. Мы всегда были, есть и будем в поиске. В поиске того, что могло бы помочь нам выгадывать больше, вкладываясь меньше. И практически все, что мы придумывали во имя этой цели на протяжении тысячелетий, так или иначе можно отнести к понятию механизма.

Рисунок 2. Лопата? Лопата! Вообще-то является механизмом рычагового типа.

Ему можно дать следующее краткое определение:

Простой механизм — устройство, служащее для преобразования силы.

Основы простых механизмов

Для того чтобы понять, за счет чего простой механизм облегчает работу, или примитивным языком — почему бутылку открывашкой вскрыть проще, чем руками, — вспомним с формулу прошлых уроков и проанализируем входящие в ее состав величины:

Механическая работа всегда связана с двумя переменными: силой $F$ и перемещением $s$.

По математике формул очевидно, что с увеличением расстояния перемещения, сила, необходимая для совершения того же объема работы, уменьшается.

К тому же, так как сила — вектор, с помощью механизма мы можем изменять не только ее величину, но и направление.

Механизм может менять расстояние применения силы $s$. Представьте, что вам в руки дают перевязанную стопку книг и просят поднять ее на второй этаж. Варианта два. Первый, для любителей погорячее: попробовать стопку закинуть.

Второй, вменяемый: поднять ее постепенно по лестнице. Лестница увеличивает расстояние применения силы $s$, поскольку длина траектории гипотенузы больше, чем у любого из катетов, однако сил при этом прикладывать придется меньше. Иными словами, идти дольше, но идти-то проще.

Рисунок 3. Упрощенный расчет длин траекторий лестницы на примере прямоугольного треугольника.
Принцип: пройти два лишних метра, затратив при этом меньше мышечных сил.

Механизм может менять величину значения силы $F$. Вернемся к разговорам о содержимом кухонного ящика и подумаем о лежащей там открывашке. Прикладывая небольшую силу к концу ручки открывашки, вы легко откупорите любую бутылку, ведь на крышку будет действовать бóльшая сила на другом конце.

Попробуйте отпилить от открывашки половину ручки, но проделать наряду с этим те же действия: вы сразу почувствуете, что теперь открывать бутылку стало в разы сложнее, потому что изменилась величина значения силы $F$. Не в нашу пользу.

Флаг тридцать тонн не весит, но с помощью механизма мы задали силе противоположное направление и немного выиграли — лезть никуда не придется.

Принцип механического выигрыша

Определить выигрыш с точки зрения физики можно так:

Механический выигрыш — величина увеличения силы, получаемая в результате работы простого механизма.

Величина работы никогда не меняется — меняется либо сила, либо расстояние. Выигрыш рассчитывается отношением двух сил:

где $F_1$ — сила, с которой механизм действует на тело, $F_2$ — сила, с которой механизм приводится в действие.

Виды простых механизмов

Простые механизмы по своей конструкции делятся на два типа: рычаг и наклонная плоскость.

У рычага встречается две разновидности — блок и ворот. Наклонная плоскость так же встречается с двумя разновидностями — винтом и клином.

Ну, чисто технически вы будете правы, если скажете, что мир устроен и построен на шести простых механизмах.

Рычаг

Рычаг. Представляет собой перекладину, которая вращается вокруг неподвижной точки опоры. Рычаг помогает поднимать тяжелые предметы, уравновешивать их. Пример простого рычага — качели-балансиры.

Блок. Разновидность рычага. В простом понимании представляет собой веревку, намотанную на колесо.

Облегчает работу тем, что меняет направление силы. К тому же, тянут веревку обычно вниз, поднимая тем самым груз наверх. А это значит что? Правильно: нам еще и помогает сила тяжести.

Ворот

Наклонная плоскость

Наклонная плоскость. Ранее упомянутый нами в примере лестничный проем — яркий пример того, как выглядит механизм по типу наклонной плоскости.

Это поверхность, у которой один край расположен выше другого. Кстати, именно в наклонных плоскостях кроется секрет постройки древних пирамид Египта.

Винт. Если взять наклонную плоскость, обернуть ее вокруг цилиндра, то мы получим винт — механизм, который используется для того, чтобы что-то опускать, поднимать или обычно просто дабы удерживать два тела вместе.

Типичная крышка от банки или бутылки — показательный пример винта. А вот вкрутить даже маленький винтик — задача времязатратная, поскольку винтовые механизмы значительно увеличивают расстояние применения силы. Чтобы сравнить, можно взять два винта и кусок поролона: один винт в него вдавить, другой вкрутить. А теперь попробуйте вдавить винт в стену…

Клин. Если представить две наклонные плоскости, сходящиеся в одной точке, выйдет то, что называется клином.

Он помогает удерживать предметы на месте, но, что важнее, раскалывать тела или отделять от них части.

Ножи, мечи, топоры и прочие режущие предметы по механике действия классифицируются как клины. Кстати, на корпусе самолета они тоже есть: самолетные клинья помогают рассекать при движении воздух подобно тому, как кухонный нож прорезает свежий огурчик.

Этимология фразеологизма тесно связана с тем, как в старину раскалывали массивные бревна.

Ни клин не достать обратно, ни дров не нарубить. Поэтому рядом с забитым клином вбивали рядом другой — так, чтобы второй заходил глубже и вышибал первый. И так далее, и тому подобное, до тех пор, пока деревянный брусок не расколется напополам.

Итоги

А давайте забежим немного вперед и посчитаем. Допустим, среднестатистический человек способен поднять предмет весом около шестидесяти килограмм. Масса нашей планеты составляет примерно $5.9736 \cdot 10^$ кг, но для простоты расчетов округлим и возьмем $6 \cdot 10^$ кг. Какое же расстояние Архимеду пришлось бы преодолеть, чтобы поднять Землю?

Немного математической магии рычагов, о которой вы узнаете совсем скоро, и… выходит один миллион триллионов километров, он же квинтиллион.

Миллион триллионов выглядит неутешительно: 1 000 000 000 000 000 000. Даже из расчета скорости движения $1 м/с$ не то что жизни не хватит — не хватит и миллиарда жизней. Можете посчитать самостоятельно.

Подсказка: возраст Земли — четыре с половиной миллиарда лет. Так вот, пока Архимед будет двигать свой рычаг, Земля успеет пережить более 6000 циклов идущих друг за другом Больших взрывов и апокалипсисов.

Да и дали бы мы Архимеду точку опоры, пусть так. Вопрос в другом: как сконструировать рычаг такой неимоверной длины в земных условиях?

Свидетельство и скидка на обучение каждому участнику

Зарегистрироваться 15–17 марта 2022 г.

Урок по физике в 7 классе. Простые механизмы.

Тема урока: Простые механизмы

Цель урока: Знакомство обучающихся с видами простых механизмов. Рассмотрение простые механизмы как устройств, служащих для преобразования силы.

Обучающая: углубить знания обучающихся при формировании новых понятий и применить их значения на практике;

Развивающая: продолжить формирование у обучающихся умений наблюдать, соотносить наблюдения с практической направленностью, развитие логического мышления и культуры речи;

Воспитывающая : развивать интерес к предмету.

Урок изучения новых знаний.

Организационный момент (1 минута).

Мотивация (2 минуты).

О чем это он. Я думаю после того как мы изучим новый материал вы поймете что хотел сказать этим Архимед.

Новая тема (20 минут).

– Древний Египет, третье тысячелетие до нашей эры. Древнее царствование под властью фараонов. Что же здесь происходит?

– Египтяне соорудили для погребения своих властелинов громадные пирамиды. Они до сих пор удивляют людей. Самой большой и наиболее изученной является пирамида фараона Хуфу (Хеопса)

Высота 147 метров

Длина стороны основания 232 метра

Для её сооружения потребовалось 2млн. 300тыс.каменных блоков.

Средний вес каждого 2,5тонны

Общая масса каменных блоков- 6, 5 млн. тонн.

Какие же приспособления для строительства пирамид использовали египтяне?

– Действительно, рычаги. Вам это хорошо известно из курса истории.

– Каково его предназначение?

– Облегчить работу при подъеме огромных плит, каменных блоков

-Обратите внимание на изменение направления силы

Ребята, давайте определим что такое рычаг?

Определение: рычаг – твердое тело, имеющее ось вращения или точку опоры, вокруг которой он может вращаться под действием сил.

Демонстрация: рычаг-качеля, (деревянная досточка, деревянный цилиндр, ткань, набор грузов); рычаг- линейка.

(СЛАЙД 6 ) ПРОБЛЕМА

– как вы считаете, можно ли используя рычаг преобразовывать силу , то есть изменять ее значение и направление?

- можно ли получить выигрыш в силе?

– да….египтяне же использовали это приспособление.

-мы с вами тоже сможем, используя рычаг преобразовывать силу и получать выигрыш в силе

Эксперимент : лабораторный рычаг- линейка , динамометр

Ребята, вспомните, для чего можно использовать динамометр?

- Для измерения силы

- В каких единицах измеряется сила?

Ребята ,кто догадался как это сделать и желает подтвердить это утверждение? Прошу выйти к доске. Объясните, что по вашему мнению нужно сделать.

А теперь можно взять оборудование и еще раз каждому экспериментально проверить возможность преобразовывать силу , то есть изменять ее значение и направление. Получить выигрыш в силе

Приборы и материалы: 1) рычаг-линейка, 2)набор грузов, 3)динамометр, 4) штатив.

Порядок исполнения работы.

Подвесьте рычаг на оси, закрепленной в муфте штатива. Вращая гайки на концах рычага, установите его в горизонтальное положение.

Подвести к левой части рычага, например, три груза. Что вы наблюдаете?

3) К правой части рычага –динамометр, перемещая его в верх, добейтесь равновесия рычага

Ответьте на вопросы:

Как направлены сила тяжести груза и сила, приложенная к динамометру? Определите ее значение.

Во сколько раз вы выиграли в силе, применяя рычаг?

Можно ли при помощи рычага облегчить работу?

– Приведите примеры, когда вы используя рычаг получали выигрыш в силе?

– палка ,лопаты, лом, вага, коромысло, ручка швейном машины, педали велосипеда, ручной тормоз велосипеда, педали автомобиля и трактора, клавиши пишущей машинки, пианино, рукоятка тисков в верстаках, качели, перенос котомка (узелок) и т.п. (СЛАЙЛ 8)

Вывод: при поднятии тяжелых предметов с помощью рычага можно получить выигрыш в силе. И можно изменить направление и значение силы.

Во многих случаях, вместо того, чтобы поднимать тяжелый груз на некоторую высоту, его вкатывают по наклонной плоскости или поднимают с помощью блоков.

Демонстрация: наклонная плоскость и блок (на магнитной доске).

Определение: блок – колесо с желобом, укрепленном в обойме по желобу протянута веревка или трос. Блок позволяет менять направление действие силы.

– приходилось ли кому-то из вас использовать эти приспособления или наблюдать их использование? Сс какой целью они были использованы?

– … . выигрыша в силе, изменение направление действие силы.

Запишите в тетрадь

Определение: приспособления, служащие для преобразования силы называют механизмами.

К простым механизмам относятся: рычаг и его разновидность – блок; ворот (барабан с ручкой, на который накручивается цепь; рукоятка для завода стартера машины); наклонная плоскость и её разновидности; клин; винт.

Основным свойством всех простых механизмов является их возможность преобразовывать силу, то есть изменять значение и направление силы.

Более подробно о них вы узнаете на последующих уроках. Ощущаете тайну познания ? Хорошо! Видите, ребята, сколько интересных открытий ждет вас .

Науку все глубже постигнуть стремись,
Познанием вечного жаждой томись.
Лишь первых познаний блеснет тебе свет,
Узнаешь: предела для знания нет.

Фирдоуси, персидский и таджикский поэт (940-1030 гг.)

Закрепление (5 минут)

Что называют простыми механизмами?

Какие преобразования силы происходят в простых механизмах?

Посмотрите на рисунок 98 и объясните, какой простой механизм используется при гребле веслом?

4.Итоги (2 мин).

Ребята, остались ли вы довольны уроком?

Д/З П.33. ? Можно ли к простым механизмам отнести инструменты? Если можно то какие?

Спасибо за урок.

Самоанализ урока

Тема урока: Простые механизмы

Тип урока – изучение новых знаний. Этот тип урока был выбран мною для того, чтобы изучить новый материал.

На уроке были поставлены следующие цели:

Цель урока: Познакомить обучающихся с видами простых механизмов. Рассмотреть простые механизмы как устройства, служащие для преобразования силы.

Обучающая: углубление знания обучающихся при формировании новых понятий и применение их значений на практике;

Развивающая: формирование у обучающихся умений наблюдать, соотносить наблюдения с практической направленностью, развитие логического мышления и культуры речи;

Воспитывающая : развитие интереса к предмету.

Урок изучения новых знаний.

На уроке были использованы такие методы обучения:

1. Методы получения новых знаний:

2. Метод выработки учебных умений:

3. Методы актуализации знаний:

4. Методы стимулирования учебно-познавательной деятельности:

-создание ситуаций успеха в обучении;

-формирование готовности восприятия учебного материала;

-предъявление учебных требований;

5. Методы контроля:

-наблюдение за учебной работой учащихся;

-самостоятельная работа при выполнении фронтального эксперимента

При выборе этих методов были учтены особенности содержания урока: объяснение нового материала , использование новых знаний и полученных ранее.

Структура урока (организационный момент, мотивация, объяснение нового материала, формирование умений и навыков учащихся, домашнее задание, подведение итогов, рефлексия) была выбрана в соответствии с целями и типом урока.

Этапы выражены. Присутствовали поэтапное обобщение и плавные переходы к новым этапам.

Экономия времени на уроке осуществлялась разумно. Домашнее задание было дано во время, прокомментировано. Итоги были подведены, оценки выставлены объективно, прокомментированы.

Цели были реализованы: дети познакомились с новой темой, научились видеть в окружающей жизни простые механизмы.. Удалось решить на необходимом уровне поставленные задачи урока и при этом избежать перегрузки учащихся.

Вообще, работоспособность всего класса осуществлялась за счет повышенного интереса учащихся к материалу.

Высокая психологическая атмосфера в классе обеспечивалась за счет доброжелательного тона учителя и в голосах учеников.

Причины успеха данного урока заключаются в доступности материала и интереса учащихся к предмету. Новый материал дети лучше воспринимают, если использован метод эксперимента.

III период. Интеллектуально-преобразовательная деятельность.

I период. Самоопределение в деятельности

В истории известен случай транспортировки Гром – камня из Лахтинского леса на Сенатскую площадь. В 1767 году, когда скульптору Этьену Фальконе понадобился камень для пьедестала памятнику Петру I (будущему "Медному всаднику"), камень весом около 1800 тонн был найден в лесу, а затем передвинут на расстояние почти 8 км без каких- либо сложных механизмов.

Обучающие и развивающие задания

Цель – Ввести понятие “простые механизмы”

Задание 2 (П) Рассмотрите простые механизмы на рис. Объясните, что их объединяет и что их отличает.

Сформулируйте определение простых механизмов.

-ввести понятие “рычаг” и “блок”,

– изучить устройство рычага и блока.

Задание 2 (З) Назовите элементы подвижного и неподвижного блока.

Задание 3 (П) Рассмотрите рис.154, 164, 166 , укажите сходства и отличия рычага, подвижного и неподвижного блока. Свое мнение обоснуйте.

Задание 4 (П) Докажите, что рычаг на рис. 155 дает выигрыш в силе.

Задание 5 (У) Изобразите рычаг в тетради и покажите на нем точку опоры, силы, действующие на рычаг, плечи рычага.

Задание 6 (У) Изобразите в тетради схемы рычагов, которые соответствуют неподвижному и подвижному блоку.

1.Сформулируйте определение рычага, неподвижного и подвижного блока. (Рычаг представляет собой твердое тело, которое может вращаться вокруг неподвижной опоры).

(Неподвижный блок-это блок, ось которого закреплена и при подъеме грузов не поднимается и не опускается).

(Подвижной блок- это блок, ось которого поднимается и опускается вместе с грузом).

2.Человек с помощью палки удерживает ведро с водой. Рассмотрите рис. и укажите буквы, которыми обозначена а) точка опоры, б) точка приложения силы F₁, в) точка приложения силы F₂, г) плечо силы F₁, д) плечо силы F₂.

-ввести понятие “равновесие рычага”,

– изучить принцип действия рычага,

- применить полученные знания в практической деятельности (при решении задач).

Демонстрационный рычаг подвешен на металлической оси, укрепленной в муфте штатива. По обе стороны от точки опоры на равном расстоянии подвешиваю к рычагу по два груза.

Задание 2 (З) Назовите условие, при котором рычаг находится в положении равновесия.

Задание 3 (П) Назовите причины, которые могут вызвать нарушение равновесия рычага. Обоснуйте свое суждение.

Повторяю опыт с рычагом. По обе стороны от точки опоры подвешиваю разное количество грузов, но так, чтобы рычаг находился в состоянии равновесия.

Задание 4 (З) Сравните силы, действующие на рычаг. Сравните плечи сил, действующих на рычаг.

Задание 5 (П) Используя результат опыта, докажите, что отношение сил зависит от обратного отношения плеч.

Задание 6 (У) Составьте формулу условия равновесия рычага и обоснуйте ее, используя результаты опыта.

Задание 7 (У) Решите задачу: Приподнимая ящик рычагом, рабочий прилагает силу 400 Н. Плечо этой силы 80 см. Определите второе плечо рычага, если вес ящика 2 кН.

1.Сформулируйте определение понятия “равновесие” рычага.

(Равновесие - состояние системы, находящейся под действием сил, при котором все ее точки покоятся).

2.Сформулируйте условие равновесия рычага.

(Рычаг находится в равновесии тогда, когда силы, действующие на него, обратно пропорциональны плечам этих сил).

3.Рассчитайте, какой массы груз (приблизительно) поднимают рабы (рис.151)? Считайте, что каждый раб имеет вес приблизительно 600 H.

– ввести понятие “момент силы”, - изучить правило моментов,

- применить полученные знания при решении задач.

Задание 2 (П) Назовите величины, от которых зависит момент силы, и обоснуйте свое суждение на примерах.

Задание 3 (П-У) Используя свойство пропорции, получите правило моментов из условия равновесия рычага.

Опыт с рычагом. По обе стороны от точки опоры подвешиваю разное количество грузов, но так, чтобы рычаг находился в состоянии равновесия.

Убираю грузы сначала слева, а затем справа. Демонстрирую вращение рычага.

Задание 4 (У) Рассчитайте момент силы, действующий на правое и левое плечо рычага. Сравните моменты сил и сделайте вывод, когда рычаг находится в равновесии.

1.Сформулируйте определение момента силы.

(Величина, характеризующая вращательный эффект силы, при действии ее на тело).

2.Сформулируйте правило моментов.

(Рычаг находится в равновесии под действием двух сил, если момент силы, вращающий его по часовой стрелке, равен моменту силы, вращающей его против часовой стрелки).

– ввести понятие “Золотое правило” механики,

-изучить принцип действия простых механизмов с учетом этого правила.

Задание 1 (З) На основании опыта установите соотношение между силами, действующими на рычаг, и плечами этих сил;

между путями, пройденными точками приложения сил на рычаге, и этими силами.

Задание 2 (П) Рассчитайте работу сил, действующих на рычаг, и докажите, что рычаг выигрыша в работе не дает.

Задание 3 (П) Используя “Золотое правило” механики докажите, что неподвижный и подвижный блоки выигрыша в работе не дают.

Задание 4 (У) Решите задачу: Рабочий с помощью подвижного блока поднял груз на высоту 7 м, прилагая к свободному концу веревки силу 100 Н. . Определите а) расстояние, на которую был вытянут свободный конец веревки;

б) вес груза, который поднял рабочий;

в) работу, на которую совершил рабочий, поднимая груз;

1.Сформулируйте “Золотое правило” механики.

(Ни один из механизмов выигрыша в работе не дает. Во сколько раз выигрываем в силе, во столько раз проигрываем в расстоянии).

2. Решите задачу: С помощью подвижного блока груз массой 100 кг подняли на некоторую высоту. Свободный конец веревки при этом был вытянут на 5 м. Определите а) силу, которую приложил рабочий, поднимая этот груз; б) высоту, на которую был поднят груз; в) работу, которую совершил рабочий;

1. На рис.163 изображен подъемный кран. Рассчитайте, какой груз можно поднимать при помощи этого крана, если масса противовеса 1000 кг. Сделайте расчет, пользуясь правилом равновесия рычага и правилом моментов.

2.Груз массой 60 кг поднят на некоторую высоту при помощи подвижного блока. Свободный конец веревки при этом был вытянут на 5 м. Определите а) силу, которую приложил рабочий, поднимая этот груз;

б) высоту, на которую был поднят груз; в) работу, которую совершил рабочий; г) работу силы тяжести груза.

1. Человек с помощью рычага поднимает ящик, прилагая силу 50 Н. Плечо этой силы 1 м. Определите массу ящика, если второе плечо 25 см.

2. Рабочий с помощью подвижного блока поднял груз на высоту 6 м, прилагая к свободному концу веревки силу 200 Н. Определите а) длину, на которую был вытянут свободный конец веревки;

Цель – Научить самоорганизации при выполнении ситуационного учебного задания.

Задание. Рассчитайте длину рычага, который можно использовать для перемещения камня на дачном участке, если масса камня равна 200 кг.

Репродуктивное: Масса человека равна 50 кг. Учитывая, что человек может воздействовать на рычаг собственным весом, рассчитайте, в каком соотношении должны находиться плечи рычага.

Импровизационное: Учитывая, что человек может воздействовать на рычаг собственным весом, рассчитайте, в каком соотношении должны находиться плечи рычага.

Эвристическое: Предложите свой вариант для перемещения камня. Тяжелую технику использовать нельзя.

Учебный проект проект по физике "Простые механизмы" разработан с целью организации проктной деятельности учащихся 7 классов.

Данный методический материал содержит материалы для учителя и учащегося (паспорт проекта).

УЧЕБНЫЙ ПРОЕКТ ПО ФИЗИКЕ

Тип проекта учебный проект

Направление проекта: исследовательский

Срок реализации: 3 недели (апрель, май)

Ресурсное обеспечение проекта:

Мультимедийное оборудование с выходом в Интернет.

Измерительные приборы: динамометр лабораторный, линейка.

Оборудование для проведения физических опытов и исследований: утюг, рычаг, карандаш, несколько монет одинакового достоинства, штатив с муфтой, набор грузов, направляющая рейка, крючок, подвижной блок с нитью.

Материалы для изготовления моделей рычажных весов, полиспаста, лебедки ручной (на выбор).

Специальная литература по теме проекта

ЭТАПЫ РАБОТЫ НАД ПРОЕКТОМ

Этап проекта

Срок реализации

2.Постановка цели и задач всего проекта

3. Выдвижение гипотезы исследования.

4. Оформление паспорта проекта

Проблемные вопросы:

1.Возможно ли при помощи простых механизмов (рычага, блока) уравновесить большую силу меньшей?

2.Можно ли при помощи простых механизмов (рычага, блока) получить выигрыш в работе?

Гипотеза проекта: простые механизмы облегчают труд человека и применяются для того чтобы получить выигрыш в силе.

Цель проекта: экспериментальное подтверждение справедливости правила равновесия рычага.

Задачи проекта:

1. Изучить литературу и информацию из источников Интернета по проблеме исследования.

2. Провести опыты, подтверждающие справедливость правила равновесия рычага.

4. Изготовить модель устройства, работающего по принципу рычага

2. Сбор информации

1. Определение источников необходимой информации.

2. Определение способов сбора и анализа информации.

3. Определение способа представления результатов (формы проекта)

Изучение и анализ учебной информации:

1.Какие виды простых механизмов существуют?

2. Для чего нужны простые механизмы?

3. Где простые механизмы встречаются в природе?

4. Дают ли простые механизмы выигрыш в силе?

5. Дают ли простые механизмы выигрыш в работе?

3. Практическая часть

1.Экспериментальное доказательство справедливости правила равновесия рычага.

2.Объяснение результатов экспериментов.

3. Формулировка вывода.

1. Проведение опытов:

1) Опыт с утюгом.

2) Опыт с линейкой.

2. Объяснение результатов опытов:

Важной характеристикой рычага являются расстояния от точки опоры до точки приложения сил. Эти расстояния называют плечами рычага. Для того чтобы уравновесить меньшей силой большую силу, необходимо, чтобы плечо меньшей силы превышало плечо большей силы.

3.1. Поведение физических опытов

3.2. Проведение исследования

2. Формулировка вывода

Во сколько раз выигрываем в силе, во столько раз проигрываем в расстоянии.

Рычаг не даёт выигрыша в работе:

А₁ А₂

3.3. Проведение исследования

2. Формулировка вывода

Выигрыш в силе, без учета силы трения, в 2 раза, с учетом силы трения примерно в 2 раза.

Во сколько раз выигрываем в силе, во столько раз проигрываем в расстоянии.

Блок не даёт выигрыша в работе: А_пол А_{затр ,} в опыте А_пол затр

Это различие можно объяснить наличием сил трения.

4. Оформление проектного продукта

1.Оформление результатов исследования

Изготовление моделей рычажных весов, полиспаста, лебедки ручной (на выбор)

5. Защита проекта

2. Ответы на вопросы

Демонстрация итогового продукта проекта, презентация результатов проекта

6. Оценка проекта

1.Самооценка работы над проектом участниками проекта (анализ выполнения проекта, достигнутых результатов - успехов и неудач, и причин этого).

2. Оценивание проекта учителем

1. Заполнение учащимися листа самооценки, обсуждение самооценки

2. Оценка проекта учителем в соответствии с критериями (Приложение 1)

7. Разработка дальнейшей перспективы работы в направлении темы проекта

Простые механизмы в организме человека и животных

ПАСПОРТ ПРОЕКТА

Участники проекта (Ф.И. учащихся)___________________________________________

Сроки проведения проекта __________________________________________________

Подготовительный этап

Проблемные вопросы: ________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Гипотеза проекта: ________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Цель работы над проектом: ________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

Сбор информации

Какую специальную литературу Вы изучали:

Какие источники сети Интернет Вы использовали для изучения информации по теме проекта:

В результате изучения и анализа информации Вы можете ответить на следующие вопросы:

Какие виды простых механизмов существуют?

Для чего нужны простые механизмы?

Где простые механизмы встречаются в природе?

Дают ли простые механизмы выигрыш в силе? (Правило равновесия рычага) ______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Дополнительная информация по теме проекта:

Практическая часть

Проведение физических опытов

При проведении физических опытов ПОМНИТЕ о соблюдении техники безопасности!

Возьмите небольшую палку и около одного из ее концов сбоку вбейте гвоздь. Наденьте на этот конец утюг (гвоздь нужен для того, чтобы утюг не соскользнул на пол) и положите рычаг на спинку стула. Держа рычаг за свободный конец, двигайте его, то приближая точку опоры к грузу, то удаляя от него. Вы убедитесь, что, чем больше расстояние от руки до точки опоры, тем легче удержать груз. Тот же результат вы получите, если будете передвигать руку вдоль рычага к точке опоры, оставляя неизменным расстояние от опоры до груза. Этот опыт можно и видоизменить. Положите конец палки на спинку стула, отодвинув утюг немного дальше от конца. Держа палку за другой конец и двигая утюг, вы получите такой же результат, что и в первом случае.

Для проведения опытов по исследованию работы рычага вам будет достаточно линейки, карандаша и несколько монет одинакового достоинства. Положите карандаш на стол, а на нем расположите линейку таким образом, чтобы она находилась в равновесии. Вы заметите, что равновесное положение линейки точно совпадает с ее серединой. Затем положите на левый край линейки одну монету на расстоянии 6 см от центра баланса и постарайтесь уравновесить линейку двумя монетками с правой стороны линейки. Место расположения противовеса с правой стороны будет находиться на расстоянии 3 см от середины линейки.

В чем заключается объяснение этого опыта?

Цель работы: проверить справедливость "золотого правила" механики для рычага.

Приборы и материалы: штатив с муфтой, рычаг, динамометр, набор грузов, направляющая рейка, крючок.

Ход работы:

1. Закрепите муфту на стержне штатива на высоте около 30 см от поверхности стола. Вверните ось рычага в торцевую часть муфты. Убедитесь в том, что рычаг может вращаться вокруг оси без заметного трения.
2. Установите направляющую рейку так, чтобы её шкала располагалась вертикально примерно за третьим отверстием правой части рычага. Экспериментальная установка показана на рисунке.

3. Перемещая балансиры вдоль рычага, найдите такое их положение, при котором рычаг располагался бы на оси горизонтально.

4. Результаты измерений и вычислений запишите в таблицу.

5. Подвесьте к динамометру четыре груза, определите и занесите в таблицу величину действующей на них силы тяжести F₁.

6. Подвесьте грузы ко второму отверстию правой части рычага. К четвёртому отверстию рычага прикрепите динамометр, как показано на рисунке. Удерживая
динамометр в руке, добейтесь того, чтобы рычаг вновь расположился горизонтально.

7. Занесите в таблицу величину силы F₂, которую показывает динамометр. Эта сила приложена к рычагу со стороны динамометра и уравновешивает действие силы тяжести грузов.

8. Заметьте положение грузов и динамометра относительно шкалы.

9. Медленно перемещая динамометр вверх, поднимите грузы на высоту 2-Зсм.

10. Измерьте по шкале высоту h₁, на которую поднялись грузы, переведите результат в метры и занесите его в первую строчку таблицы.

11. Измерьте высоту h₂, на которую поднялся при этом динамометр. Результат переведите в метры и занесите в таблицу.

12. Повторите опыт, подвесив два груза к первому отверстию, а динамометр, прикрепив ко второму. Данные измерений занесите во вторую строчку таблицы.

13. Ещё раз повторите опыт, подвесив грузы к четвёртому отверстию, а динамометр -ко второму. Данные этого опыта занесите в третью строчку таблицы.

14. Для каждого опыта вычислите работу А₁, совершенную рычагом по подъёму грузов. Со стороны грузов на рычаг действует сила тяжести F₁. При равномерном движении со стороны рычага на грузы действует такая же по величине сила F = F₁. Для небольших перемещений можно считать, что путь, пройденный грузами, равен их перемещению по высоте, то есть S = h₁. Учитывая эти соображения, можно вычислить работу A₁ = F₁h₁.

15. Для каждого опыта вычислите работу A₁, совершенную динамометром по поднятию грузов с помощью рычага. Работа A₂ = F₂ h₂.

16. Сравните значения работ A₁ и А₂ и сделайте вывод, дает ли такой механизм как рычаг выигрыш в работе.

В результате проведенного исследования можно сделать следующий вывод:

Приборы и материалы: штатив с муфтой и лапкой, подвижной блок с нитью, линейка, набор грузов и динамометр.

1. Закрепите один конец нити в лапке штатива, а другой конец — за крючок динамометра. На нити установите блок с подвешенными к нему грузами, так чтобы блок повис на нитях.

2. Измерьте расстояние h₁ (м) от стола до крючка блока и h₂ (м) от стола до динамометра

3. Измерьте силу натяжения нити F_н (Н), равномерно поднимая вверх динамометр.

4. Вновь измерьте расстояние h₁ / (м) от стола до крючка блока и h₂ / (м) от стола до динамометра.

5. Определите, на какую высоту ∆h₁ (м) поднялся блок и динамометр ∆h₂ (м): ∆h₁= h₁ / - h₁; ∆h₂= h₂ / - h_2.

6. Динамометром измерьте вес груза Р(Н).

7. Вычислите А_полез= Р∆h₁; А_затр= F_н∆h₂

и КПД подвижного блока

Читайте также: