Научно-исследовательская работа по физике про рычаг. Простые механизмы вокруг нас

Правило рычага 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 (рис. 155), ось вращения которого проходит через винт, соединяющий обе половины ножниц. Действующей силой F1 является мускульная сила руки человека, сжимающего ножницы; противодействующей силой F2 - сопротивление того 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, так как для резки бумаги не требуется большой силы, а длинным лезвием удобнее резать по прямой линии. Ножницы для резки листового металла (рис. 156), 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 расстоянием режущей части от оси вращения в кусачках (рис. 157), предназначенных для перекусывания проволоки.

Рычаги различного вида имеются у многих машин. Ручка швейной машины, педали или ручной тормоз велосипеда, педали автомобиля и трактора, клавиши пишущей машинки и пианино - все это примеры рычагов, используемых в данных машинах и инструментах.

Примеры применения рычагов вы можете найти в своей школьной мастерской. Это рукоятки тисков и верстаков, рычаг сверлильного станка и т, д.

На принципе рычага основано действие и рычажных весов (рис. 158). Учебные весы, изображенные на рисунке 43 (с. 39), действуют как равноплечий рычаг . В десятичных весах (рис. 158, 4) 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 и повозок также основано на законах рычага.

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. Типичный рычаг - ствол дерева и его продолжение - корень.

На рисунке 159, в изображены кости предплечья.

Точка опоры находится в локтевом суставе. Действующая сила F-сила мышц, сгибающих предплечье, сила сопротивления R - сила тяжести поддерживаемого кистью руки груза. Сила F приложена ближе к точке опоры, чем сила R (см. рис. 159, в). Следовательно, F>R, т. е. рычаг дает проигрыш в силе и выигрыш в пути.

Вопросы.

Приведите примеры применения рычагов в быту, в технике, в школьной мастерской.
Объясните, почему кусачки дают выигрыш в силе.

Упражнения.

Укажите точку опоры и плечи сил у рычагов, изображенных на рисунке 159. При каком положении груза (д, е) палка, которую используют при переносе груза, меньше давит на плечо? Ответ обоснуйте.
Объясните действие весла как рычага (рис. 160).
На рисунке 161 изображен разрез предохранительного клапана 1 . Рассчитайте, какой груз надо повесить на рычаг, чтобы пар через клапан не выходил. Давление в котле в 12 раз больше нормального атмосферного давления. Площадь клапана S = 3 см2, вес клапана и вес рычага не учитывать. Плечи сил измерьте по рисунку. Куда нужно переместить груз, если давление пара в котле увеличится? уменьшится? Ответ обоснуйте.
На рисунке 162 изображена схема подъемного крана, Рассчитайте, какой груз можно поднимать при помощи этого крана, если масса противовеса 1000 кг.
Предохранительный клапан - особое приспособление, открывающее, например, отверстие в паровом котле, когда давление пара в нем становится больше нормы.

Задания.

Рассмотрите устройство плоскогубцев (или кусачек, щипцов для сахара, ножниц для жести). Найдите у них ось вращения, плечо силы сопротивления и плечо действующей силы. Подсчитайте, какой выигрыш в силе может дать данный инструмент.

Осмотрите у себя дома бытовые машины и инструменты: мясорубку, швейную машину, нож для открывания консервов, щипцы и др. Укажите в этих механизмах точку опоры, точки приложения сил, плечи.

Подготовьте доклад на тему «Рычаги в организмах человека, животных и насекомых».

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.

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 сила

F1,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.

Описание презентации по отдельным слайдам:

1 слайд

Описание слайда:

2 слайд

Описание слайда:

Физические возможности человека ограничены, поэтому с древних времён человек часто использовал устройства, которые способны преобразовать силу человека в значительно большую силу. Рычаг - один из наиболее распространённых и простых типов механизмов в мире, присутствующий как в природе, так и в рукотворном мире, созданном человеком. Таким образом, это подтверждает выбор темы моего проекта «Рычаги в быту и живой природе». Цель проекта: Научиться использовать простые механизмы (рычаги) как устройства, служащие для преобразования силы. Задачи: рассмотреть различные виды простых механизмов как устройства, служащие для преобразования силы; углубить знания о применении рычагов в быту и живой природе; оформить презентацию. Рычаги в быту и живой природе

3 слайд

Описание слайда:

Рычаги в быту и живой природе Простые механизмы - устройства (приспособления), позволяющие преобразовать силу в силу, существенно большую. Простые механизмы Рычаг Наклонная плоскость (блок, ворот, лом) (клин, винт) Рычаг – твёрдое тело, которое может вращаться вокруг неподвижной опоры. Рычаг начал применяться людьми ещё в глубокой древности. С его помощью удавалось поднимать тяжёлые каменные плиты при постройке пирамид в Древнем Египте.

4 слайд

Описание слайда:

Рычаги в быту и живой природе Выигрыш в силе мы имеем при работе с ножницами. Ножницы – это рычаг, ось вращения которого проходит через винт, соединяющий обе половинки ножниц. В зависимости от назначения ножниц их устройство бывает различным. канцелярские для резки листового металла портновские кусачки Ещё больше разница между длиной ручек и расстоянием режущей части от оси вращения в кусачках. Они предназначены для перекусывания проволоки, не очень толстых гвоздей. маникюрные

5 слайд

Описание слайда:

Рычаги в быту и живой природе На любой строительной площадке работают башенные подъёмные краны - это сочетание рычагов, блоков, воротов. В зависимости от "специальности" краны имеют различные конструкции и характеристики. строительный портальный плавучий кран

6 слайд

Описание слайда:

Рычаги в быту и живой природе На принципе рычага основано действие рычажных весов. Все весы, изображённые на рисунках, действуют как равноплечий рычаг, т.е. вес груза на одной чаше равен весу гирь на другой чаше.

7 слайд

Описание слайда:

Рычаги в быту и живой природе Рычаги различного вида имеются у многих машин. Примерами могут служить ручка швейной машины тли мясорубки, педали или ручной тормоз велосипеда, педали автомобиля и трактора, клавиши пианино – всё это примеры рычагов, используемых в данных машинах и инструментах.

8 слайд

Описание слайда:

Рычаги в быту и живой природе Рычаги встречаются также в разных частях тела животных и человека. Много рычагов можно указать в теле насекомых, птиц, в строении растений. В скелете животных все кости, имеющие некоторую свободу движения являются рычагами: кости ног и рук, череп, нижняя челюсть. Рычагами у многих рыб являются шипы спинного плавника. Рычаги у членистоногих – большинство сегментов их наружного скелета. Рычаги у двухстворчатых моллюсков – створки раковины. Рычажные механизмы скелета в основном рассчитаны на выигрыш в скорости при потере в силе. Особенно больше выигрыш в скорости получается у насекомых.

9 слайд

Описание слайда:

Рычаги в быту и живой природе Вспомним русскую народную сказку «Репка». Посадил дед репку, выросла репка большая-пребольшая. Стал дед репку тянуть, никак не вытянет. Позвал дед бабку, внучку, Жучку, кошку, мышку и вытащили репку. А можно было и самому обойтись, взяв лопату, поддеть репку и всё. Лопата - это рычаг, который даёт выигрыш в силе, взять за большее плечо, приложив меньшую силу.

10 слайд

Описание слайда:

Рычаги в быту и живой природе Русский народ не разбирался в научных тонкостях, но был смекалист. Вспомним Льва Николаевича Толстого и его быль «Как мужик убрал камень»… На площади в одном городе лежал огромный камень. Камень занимал много места и мешал езде по городу. Призвали инженеров, но они предлагали за большие деньги убрать камень. А один мужик сказал: «А я уберу камень и возьму за это сто рублей!» У него спросили, как он это сделает. И он сказал: «Я выкопаю подле самого камня большую яму; землю из ямы развалю по площади, свалю камень в яму и разровняю землю». Чем вам не физика? Мужик применил «золотое правило» механики: Во сколько раз выигрываем в силе, во столько же раз проигрываем в расстоянии.

11 слайд

Описание слайда:

Рычаги в быту и живой природе Таким образом, можно сделать выводы: Рычаг-один из простых механизмов, с помощью которых можно выиграть в силе или в перемещении. Эти свойства рычага определяют широкое применение их в повседневной жизни. Мы используем механизмы с рычагами, изобретенные сотни лет назад и в наше время, которые пополняются новыми изобретениями. Люди применяют рычаги, не задумываясь об их принципе действия. Рычаги-наши помощники в быту, а природа сама позаботилась о себе. Но главное я понял: Физика… какая «ёмкость» слова! Физика для нас не просто звук. Физика- опора и основа Всех без исключения наук!

12 слайд

Описание слайда:

«Первые шаги в науку»

Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение средняя общеобразовательная школа с углубленным изучением отдельных предметов №32 г.о.Самара

Секция: Физика

Тема: «Сила есть! Ума не надо?»

Абрамов Данила,

ученик 4 Б класса

МБОУ СОШ № 32

г.о. Самара

Руководитель работы

Зиберт Галина Ивановна,

учитель начальных классов

г.Самара, 2015

Оглавление

I . Введение ……………………………………………………………………..3

II . Основная часть. Рычаг и его разновидности……………………………...5

III . Практическая часть…………………………………………………..…..11

3.1 Рычаги в технике и быту ……………………………………………...….11

3.2. Лабораторная работа на тему

«Выяснение условий равновесия рычага» ……………………...…….12

3.3. Эксперименты в домашних условиях …………………………………13

3.4. Изготовление устройств и моделей, работающих по принципу

рычага ……………………………………………….…………………...15

IV . Заключение …………………………….…………………………..….….17

Литература ……………………………………………..………………….…..18

Приложения……………………………………………………………………...19

Введение

Однажды мы всей семьей поехали на машине в лес. Все было просто замечательно, если бы не начавшийся дождь. Он заставил нас вернуться и поехать домой. И, конечно же, на размокшей от дождя дороге мы застряли. Все попытки вытолкать машину были напрасны… И тогда мой папа сказал: «Вот бы нам сейчас, сынок, на помощь силача какого-нибудь!». Но силачей и богатырей поблизости не оказалось, а подъехал трактор. Он размотал лебедку, привязал трос к нашей машине и за 5 минут вытащил ее.

Я всегда очень хотел быть сильным, настоящим помощником и быть похожим на русских богатырей - добрых, честных, сильных и ловких. Но тут я задал себе вопрос: «Каким же образом некоторые люди могут выполнять такие, казалось бы, непосильные для простого человека задачи?»

Я выдвинул гипотезу - скорее всего, существуют механизмы, которые помогают человеку стать сильнее. (См. слайд 1) .

Цель исследования : выяснить принцип работы простейших механизмов. (См. слайд 1) .

В поисках ответа я обратился к науке физике. Я узнал, что сила самого человека ограничена, поэтому он часто применяет устройства, позволяющие увеличить силу его действия. Такие устройства называют простыми механизмами. К ним относятся: рычаг и его разновидности – блок и ворот; наклонная плоскость и её разновидности - клин и винт.

Задачи :

1. узнать о происхождении и видах рычага;

2. провести опыты с рычагом;

3. с помощью взрослых смоделировать устройства, работающие по принципу рычага;

4. подготовить электронную презентацию по результатам исследования. (См. слайд 1) .

Объект: рычаг.

Предмет: применение рычагов в жизни людей.

Методы : поиск информации в литературе и Интернете, наблюдение, описание и измерение, опытно - экспериментальная работа, моделирование.

II . Рычаг и его разновидности.

«Дайте мне точку опоры, и я переверну Землю!»

Архимед

Человек – существо разумное. Именно разум всегда давал ему возможность создавать приспособления, делавшие его сильнее или быстрее зверя, жить в условиях, в которых он без этих вещей не мог бы выжить.

Одним из первых таких приспособлений стал рычаг. Ещё первобытный человек превратил обычный шест в инструмент для поднятия тяжестей. Подсунув длинную палку под камень и оперев ее на кусок деревяшки, которая служила опорой, можно было без проблем переместить камень в другое место. Чем длиннее шест, тем легче работать. Изобретение рычага продвинуло первобытного человека по пути его развития.

Мотыга и весло были изобретены человеком для уменьшения силы, которую необходимо было прикладывать для выполнения какой - либо работы. (См. слайд 1) .

В пятом тысячелетии до нашей эры в Месопотамии применялись весы, использовавшие принцип рычага для достижения равновесия.

Без рычага было бы невозможно поднять тяжёлые каменные плиты при постройке пирамид в Древнем Египте. Для возведения пирамиды Хеопса, имеющей высоту 147 м, было использовано 2300000 каменных глыб, самая меньшая из которых имела массу 2,5 т.

Около 1500 года до нашей эры в Египте и Индии появляется шадуф – прародитель современных кранов, устройство для поднимания сосудов с водой. В России так же использовалось подобное устройство для поднятия воды из колодца и называлось оно «Журавль».

Таким образом, мы не знаем ни имени автора рычага, ни точной даты его изобретения. Но с полной уверенностью можем утверждать, что древние люди без математических правил и законов физики придумали и широко использовали простые механизмы, опираясь на свою интуицию и опыт.

2.2 Архимед - механик.

Рычаг, блок, наклонная плоскость заинтересовали ученого Архимеда, проживавшего в Древней Греции во времена античности. В III веке до н. э. Архимед дал первое письменное объяснение принципу работы рычага, связав понятия силы, груза и плеча. Закон равновесия, сформулированный им, используется до сих пор и звучит как: «Рычаг находится в равновесии тогда, когда действующие на него силы обратно порпорциональны плечам этих сил» . Архимед изложил полную теорию рычага и успешно применял ее на практике. Плутарх сообщает, что Архимед построил в порту Сиракуз немало блочно-рычажных механизмов для облегчения подъёма и транспортировки тяжёлых грузов. Изобретённый им архимедов винт (шнек) для вычерпывания воды до сих пор применяется в Египте. Архимед является и первым теоретиком механики. Он начинает свою книгу «О равновесии плоских фигур» с доказательства закона рычага. (См. слайд 1) .

Легенда рассказывает, что построенный Гиероном в подарок египетскому царю Птолемею тяжёлый многопалубный корабль «Сиракузия» никак не удавалось спустить на воду. Архимед соорудил систему блоков (полиспаст), с помощью которой он смог проделать эту работу одним движением руки. По легенде, Архимед заявил при этом: «Будь в моём распоряжении другая Земля, на которую можно было бы встать, я сдвинул бы с места нашу» (в другом варианте: «Дайте мне точку опоры, и я переверну мир»). (См. слайд 1) .

Инженерный гений Архимеда с особой силой проявился во время осады Сиракуз римлянами в 212 году до н. э. в ходе Второй Пунической войны. А ведь в это время ему было уже 75 лет! Архимед создал метательные машины, способные бросать с большой скоростью камни массой около 250 кг и механизмы, бросающие с берега на суда тяжёлые брёвна. В последние годы были проведены несколько экспериментов с целью проверки правдивости описания этого «сверхоружия древности». Построенная конструкция показала свою полную работоспособность.

Так называемая «Лапа Архимеда» представляла собой уникальную подъемную машину - прообраз современного крана. Это был огромный рычаг, выступающий за городскую стену и оснащённый противовесом. (См. слайд 1) .

Знаменитый историк древности Полибий писал, что если римский корабль пытался пристать к берегу возле Сиракуз, эта машина, управляемая специально обученным человеком, захватывала нос корабля и переворачивала его. Римляне вынуждены были отказаться от мысли взять город штурмом и перешли к осаде. Полибий писал: «Такова чудесная сила одного человека, одного дарования, умело направленного на какое-либо дело… римляне могли бы быстро овладеть городом, если бы кто-либо изъял из среды сиракузян одного старца».

Оценивая роль Архимеда – механика, хочется отметить, что он произвел соответствующие расчеты и сконструировал более сложные механизмы, которые могли усиливать и преобразовывать движения. Благодаря Архимеду человечество научилось спускать на воду большие корабли, строить боевые машины.

2.3 Что такое рычаг.

И все-таки сила человека ограничена, поэтому он часто применяет устройства (или приспособления), позволяющие преобразовать силу человека в силу, существенно большую. Тяжёлый предмет (камень, шкаф, станок), который невозможно передвинуть непосредственно, сдвигают с места при помощи достаточно длинной и прочной палки – рычага.

Рычаг представляет собой твердое тело, способное вращаться вокруг неподвижной опоры. У рычага есть два плеча. Плечо - это расстояние от точки опоры до точки приложения силы. В качестве рычага могут быть использованы лом, доска и тому подобные предметы. Существуют закономерности: (См. слайд 1) .

1)чем длиннее плечо, тем меньше нужно силы, чтобы поднять один и тот же груз;

2) чем длиннее плечо, тем больший путь оно проходит;

3) во сколько раз больше плечо рычага, во столько раз меньше должен быть груз для поддержания равновесия.

Данные закономерности мне удалось сформулировать на языке, понятном ученикам начальной школы, т.к. мы не знакомы ещё с обратной пропорциональностью и свойствами пропорций. А наглядно убедиться в справедливости закономерностей помогла самодельная лабораторная установка – рычаг, выполненная из конструктора «Лего».

Различают два вида рычагов.

У рычага 1-го рода неподвижная точка опоры О располагается между линиями действия приложенных сил, а у рычага 2-го рода она располагается по одну сторону от них. (См. слайд 1) .

Использование рычага позволяет получить выигрыш в силе. Для расчета выигрыша в силе, получаемого с помощью рычага, следует знать правило, открытое Архимедом еще в III в. до н. э.

Итак, для того чтобы уравновесить меньшей силой большую силу, необходимо, чтобы ее плечо превышало плечо большей силы .

С тех пор как Архимед установил правило рычага, оно просуществовало в первозданном виде почти 1900 лет.

Таким образом, в большинстве случаев рычаг применяют для того, чтобы получить выигрыш в силе, т.е. увеличить силу, действующую на тело, в несколько раз.

2. 4.Разновидности рычага

Разновидностями рычага являются два простых механизма: блок и ворот. (См. слайд 1) .

Блок представляет собой устройство, имеющее форму колеса с желобом, по которому пропускают веревку, трос или цепь.

Различают два основных вида блоков - подвижный и неподвижный. (См. слайд 1) .

У неподвижного блока ось закреплена и при подъеме грузов не поднимается и не опускается, а у подвижного блока ось перемещается вместе с грузом. Неподвижный блок не дает выигрыша в силе. Его применяют для того, чтобы изменить направление действия силы. Так, например, прикладывая к веревке, перекинутой через такой блок, силу, направленную вниз, мы заставляем груз подниматься вверх.

Иначе обстоит дело с подвижным блоком. Этот блок позволяет небольшой силой уравновесить силу, в 2 раза большую.

На практике часто применяют комбинацию подвижного блока с неподвижным. Это позволяет изменить направление силового воздействия с одновременным двукратным выигрышем в силе.

Для получения большего выигрыша в силе применяют грузоподъемный механизм, называемый полиспастом . Греческое слово «полиспаст» образовано из двух корней: «поли» - много и «спао» - тяну, так что в целом получается «многотяг». (См. слайд 1) .

Полиспаст представляет собой комбинацию из двух обойм, одна из которых состоит из трех неподвижных блоков, а другая - из трех подвижных блоков. Поскольку каждый из подвижных блоков удваивает силу тяги, то в целом полиспаст дает шестикратный выигрыш в силе.

Ворот состоит из цилиндра (барабана) и прикрепленной к нему рукоятки. Этот простой механизм был изобретен в глубокой древности. Чаще всего его применяли для подъема воды из колодцев. (См. слайд 1) .

Более совершенным механизмом является лебёдка. Она представляет собой сочетание ворота с двумя зубчатыми колёсами разного диаметра. Лебедку можно рассматривать как комбинацию двух воротов. (См. слайд 1) .

Многовековая практика доказала, что ни один из механизмов не даёт выигрыша в работе. Применяют же их для того, чтобы в зависимости от условий работы выиграть в силе или пути. Уже древним учёным было известно правило : во сколько раз мы выигрываем в силе, во столько же раз проигрываем в расстоянии. Это правило назвали «золотым правилом» механики. Его автором является древнегреческий учёный Герон Александрийский, живший в I веке н.э. (См. слайд 1) .

III . Практическая часть.

Изучив теоретический материал об истории рычага, о его первооткрывателе, о принципе действия и разновидностях я решил провести исследования.

3.1. Рычаги в технике и в быту.

В нашем современном мире рычаги находят широкое применение как в природе, так и в рукотворном мире, созданном человеком. Практически любой механизм, преобразующий механическое движение, в том или ином виде использует рычаги.

Рычаги встречаются в разных частях тела человека и животных. Это, например, конечности, челюсти. Много рычагов можно увидеть в теле насекомых и птиц.

Рычаги так же распространены и в быту, это и водопроводный кран, и дверь, и различные кухонные приборы. (См. слайд 1) .

Правило рычага лежит в основе действия рычажных весов, различного рода инструментов и устройств, применяемых там, где требуется выигрыш в силе или в расстоянии. (См. слайд 1) .

Выигрыш в силе и в расстоянии мы можем наблюдать при работе с ножницами. Ножницы - это рычаг, ось вращения которого проходит через винт, соединяющий обе половины ножниц. В зависимости от назначения ножниц их устройство бывает различным. 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. В данном случае мы имеем выигрыш в расстоянии. Ножницы для резки листового металла 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 расстоянием режущей части и оси вращения в кусачках, предназначенных для перекусывания проволоки. Очевидно, что в этих случаях имеет место выигрыш в силе. (См. слайд 1) .

Рычаги используются и в других инструментах - это рукоятки тисков и верстаков, рычаги станков, плотницкие инструменты, инструменты спасателей и т. д. (См. слайд 1) .

Конечно же, рычаги различного вида распространены в технике. Самые простые примеры их применения – это рычаг переключения коробки передач в автомобиле , педали автомобиля или трактора, ручной тормоз велосипеда. (См. слайд 1) .

Даже ручка швейной машины и клавиши пианино – это тоже рычаги. (См. слайд 1) .

Все мы любим спорт! И если внимательно посмотреть, то мы увидим, что в этой области также применяются рычаги. Прыжки в высоту с шестом очень наглядный пример, п ри помощи рычага длинной около трех метров и правильного приложения усилия, спортсмен взлетает на головокружительную высоту до шести метров. Кроме этого, рычагами снабжены многие спортивные снаряды. (См. слайд 1) .

На любой строительной площадке работают экскаваторы и башенные подъемные краны - это сочетание рычагов, блоков, воротов. В зависимости от "специальности" краны имеют различные конструкции и характеристики. (См. слайд 1) .

Широкое применение рычаги нашли и в сельском хозяйстве – трактора, комбайны, сеялки и другие механизмы. (См. слайд 1) .

Итак, в большинстве случаев простые механизмы (греч. "механэ" - машина, орудие) применяют для того чтобы получить выигрыш в силе.

3.2. Лабораторная работа

Оборудование : рычаг на штативе, набор грузов, линейка.

Цель : выяснить условия равновесия рычага.

Ход работы.

1. Путем вращения гаек на концах рычага уравновесил его так, чтобы он расположился горизонтально.

2. Подвесил три груза к левому плечу рычага на расстоянии 7 см от оси вращения.

3. Путем проб установил место на правом плече рычага, к которому следует подвесить один груз, чтобы уравновесить три предыдущих. Измерил расстояние от этого места до оси вращения.

4. Считая, что каждый груз весит 1 Н, заполнил таблицу.

5. Сделал вывод о справедливости правила равновесия рычага.

(См. слайд 1) .

l2 : l1

7 см

21 см

10 см

20 см

9 см

4Н

18 см

2Н

3.3.Эксперименты в домашних условиях.

Пользуясь книгой Я.И. Перельмана «Занимательная физика» и материалами Интернет – сайтов «Класс!ная физика» и «Физика вокруг нас» провёл занимательные эксперименты с рычагами.

1. Машинки. (См. слайд 1) .

Я взял большую и маленькую игрушечные машинки. Поставил их на концы линейки, положенной серединой на круглый карандаш. Большая машинка перетянула, т.к. она тяжелее. Если сдвинуть карандаш поближе к большой машинке, то они уравновесятся. Когда я подвинул карандаш еще ближе к большой машинке, то маленькая перевесила.

2. Сколько силы в пальцах?

Я взял две круглые зубочистки. Положил одну зубочистку серединой на средний палец (ближе к ногтю), а на концы - указательный и безымянный. Попытался сломать зубочистку, надавив на нее указательным и безымянным пальцами. Передвинул зубочистку на середину пальца. Снова попытался сломать зубочистку. Когда зубочистка находилась на кончиках пальцев, сломать ее было почти невозможно (пальцы выполнили роль рычага второго рода, похожего на щипцы для колки орехов). Точка опоры находится там, где начинаются пальцы. Чем дальше от точки опоры находится зубочистка, тем больше силы нужно приложить. ?????

3. Полиспаст.

Привязал веревку к ручке лыжной палки. Поместил обе палки на расстояние 50 см друг от друга и три раза обернул их ручки веревкой. Потянул свободный конец веревки, в то время как мои помощники пытались разъединить палки. Несмотря на то, что друзья пытаются развести палки в стороны, я в одиночку могу сдвинуть их вместе. (Палки и веревка ведут себя, как полиспаст - приложенная мной сила приумножается благодаря веревке, намотанной на ручки палок, поэтому я выигрываю в силе почти в пять раз по сравнению с моими помощниками.

4. Рычаг. (См. слайд 1) .

Обыкновенная палка стала для человека рычагом - самым простым механизмом. На обычной палке очень удобно вдвоем переносить груз. Пользуясь ею, можно легко поднимать и передвигать тяжести.

Опыт 1. Я взял не очень длинную палку, просунул ее под ручку чемодана и, пригласив на помощь товарища, мы приподняли вдвоем чемодан. Если чемодан находится точно посередине, то каждый из нас нагружен одинаково. Когда мы сдвинули чемодан к одному из концов палки, всё изменилось. Более легким груз стал для того, кто держит длинный конец. Изменились плечи рычага, изменилось и соотношение сил, которые удерживают груз в поднятом положении. Руки каждого из нас являются опорой рычага, и если расстояние до груза будет меньшим, то нагрузка на эту точку опоры будет большей.

Опыт 2 . Я взял небольшую палку и около одного из ее концов сбоку вбил гвоздь. Надел на этот конец утюг (гвоздь нужен для того, чтобы утюг не соскользнул на пол) и положил рычаг на спинку стула. Держа рычаг за свободный конец, двигал его, то приближая точку опоры к грузу, то удаляя от него. Я убедился, что, чем больше расстояние от руки до точки опоры, тем легче удержать груз. Тот же результат я получил, когда передвигал руку вдоль рычага к точке опоры, оставляя неизменным расстояние от опоры до груза.

5. Вытаскиваю гвоздь.

Используя молоток, я забил гвоздь в кусок древесины на 2/3 его длины. Попытался вытащить руками гвоздь из куска дерева. У меня ничего не получилось, как я ни старался. Тогда я взял гвоздодер и легко с его помощью вытащил гвоздь. Гвоздодер в моем случае действует как рычаг, который является простым аппаратом, используемый для преодоления сопротивления во второй точке, путем применения силы.

3.4. Изготовление устройств и моделей, работающих по принципу рычага.

Применив знания, полученные при изучении рычага, изготовил с помощью папы следующие устройства и модели.

1. Лебедка своими руками. (См. слайд 1) .

От плохой дороги никто не застрахован, и если ваш автомобиль крепко увяз в грязи, спасти его поможет только лебедка. Стоит ли тратить огромную сумму денег на дорогостоящую вещь и покупать ее в магазине, когда можно сделать лебедку своими руками.

Нам потребовалось:

Ось для вращения и 2 подходящие трубки большего и меньшего диаметра;

Крепкий трос;

Ход работы:

Наша лебедка, сделанная своими руками, работает по принципу рычага. Для основы самодельной лебедки может послужить отрезок трубы. Чтобы привести в работу трубу, ее необходимо надеть на ось и закрепить тросом. Петлю троса необходимо намотать несколько раз вокруг трубы и насадить на любую ручку.

При повороте ручки труба будет вращаться по оси, а трос наматываться на нее. Такая лебедка пригодится не только, чтобы вытаскивать автомобиль из грязи, но и для перемещения различных грузов, например, на даче.

2. Полиспаст. (См. слайд 1) .

Я взял прочный капроновый шнур, 2 отдельных блока, груз. Собрал комбинацию из 1 подвижного и 1 неподвижного блока и закрепил их. Теперь я могу поднимать без труда грузы, которые без полиспаста не мог просто удержать в руке.

Проведя опыт с динамометром, я убедился, что полиспаст дает двукратный выигрыш в силе!

IV . Заключение.

В результате проведенной работы я убедился в следующем правиле – во сколько раз мы выигрываем в силе, во столько же раз проигрываем в расстоянии.

Я узнал об истории рычага, о его первооткрывателе, о принципе действия и разновидностях.

Рычаги разных видов встречаются в повседневной жизни на каждом шагу:

Тачку легче везти, если у нее длинные ручки;

Гвоздь выдернуть легче, если гвоздодер имеет большую длину;

Гайку завернуть значительно легче ключом с длинной рукояткой.

Никогда не стоит забывать о «золотом правиле» механики, который упрощенно выглядит так: выигрыш в силе - проигрыш в пути. Иной раз стоит пожертвовать более коротким путем, чтобы выиграть в силе. Работа все равно будет одна и та же, но сделать ее легче потому, что увеличению пути соответствует и увеличение времени. А за больший промежуток времени работу сделать легче - это ясно каждому.

При конструировании машин бывает и наоборот, когда жертвовать приходится силой, чтобы выиграть в пути, выиграть во времени.

В процессе работы над темой я на собственном опыте убедился, что рычаг и его разновидности действительно дают человеку выигрыш в силе или в расстоянии, или применяются для удобства. Таким образом подтвердил свою гипотезу, что не каждый силач обязательно силён. Теперь я становлюсь сильнее не только благодаря ежедневным физическим тренировкам, но и применяя новые полученные знания. Название моей работы ни в коем случае нельзя произносить с утвердительной интонацией. Наоборот, есть ум – будет и сила. Материалы моего исследования несомненно пригодятся на уроках окружающего мира в начальной школе, а может быть, и на уроках физики в 7-ом классе.

В заключение хочется вспомнить слова Ёжика из замечательной сказки Владимира Сутеева «Палочка – выручалочка»: «Палку всегда найти можно, а вот выручалочку, - а выручалочка-то вот она где!».

Литература

1. Балашов М.М. Физика. – М.: Просвещение, 1994.

2. Кац Ц.Б. Биофизика на уроках физики. – М.: Просвещение, 1988.

3. Перельман Я.И. Занимательная физика. Книга 1. – М.: Наука, 1979.

4. Физика. 7 класс/ Громов С.В., Родина Н.А. – М.: Просвещение, 2000.

5. Физика.7 класс/ Пёрышкин А.В., Родина Н.А. – М.:Дрофа, 2003.

6. Энциклопедия для детей. Т. 14 – Техника. – М.: Аваста+, 2000.

7. Я познаю мир. Детская энциклопедия – Мир прекрасного. – М.: Астрель, 2004.

Приложение

Фотоотчет

Лабораторная работа «Выяснение условий равновесия рычага»

Мои эксперименты http://vse-svoimiruchkami.ru/glavnaya/ )

Изготовление полиспаста

Городской тур межшкольной конференции

«Первые шаги в науку».

Название работы «Сила есть! Ума не надо?»

Ученик(ца) (фамилия, имя полностью) Абрамов Данила

МБОУ СОШ ________32__класс___________ 4 Б

Руководитель работы Зиберт Галина Ивановна

Тип работы (проект / реферат / исследование) исследование

Критерии оценивания работы

1) Соблюдение требований к оформлению работы. Все требования соблюдены .

2) Объем изученного материала: поиск информации в литературе и Интернете, наблюдение, описание и измерение, опытно - экспериментальная работа, моделирование.

3) Познавательная ценность, актуальность, практическая и теоретическая значимость изученного материала. В работе изучены происхождение и виды рычагов, проведены опыты с рычагом, смоделированы устройства, работающие по принципу рычага.

4) Проблема, гипотеза, цель, задачи работы. Гипотеза: скорее всего, существуют механизмы, которые помогают человеку стать сильнее. Цель: выяснить принцип работы простейших механизмов. Задачи: провести эксперименты с целью выявления свойств рычага и принципа его работы.

5) Исследовательское мастерство (аргументы, выводы; грамотность, логичность изложения материала, соблюдение научного стиля изложения) Работа составлена грамотно, соблюден научный стиль изложения, сделаны выводы по каждому опыту и по работе в целом.

Подпись рецензента (расшифровка подписи)

Уюкина Людмила Григорьевна

Научно-исследовательская работа по физике про рычаг. Простые механизмы вокруг нас - спиши у антошки