W fizyce prostymi mechanizmami są urządzenia takie jak dźwignie lub śruby. Zostały zaprojektowane tak, aby ograniczać wysiłek ludzki wymagany do wytworzenia pracy i maksymalnie efektywnie wykorzystywać ten wysiłek. Często kilka prostych mechanizmów jest ze sobą połączonych. W rezultacie uzyskuje się bardziej złożone mechanizmy - wiertarki, zegarki. Koło to jeden z najważniejszych wynalazków ludzkości. Opiera się na działaniu wielu mechanizmów.
Praca i władza
Praca jest terminem fizycznym używanym do rozważenia ruchu ciała pod wpływem siły. Praca jest wykonywana tylko wtedy, gdy następuje ruch ciała i kierunek działania siły. Siła pociągowa byków i wysiłek człowieka wprawiają pług w ruch, co oznacza, że praca została wykonana. 
Praca to przekazywanie energii z jednego ciała do drugiego. Podobnie jak praca jest mierzona w dżulach (J). 1 J równa się pracy (i wydanej energii) wykonanej podczas przesuwania ciała o 1 metr z siłą 1 N. Mały człowiek pcha pudełko o 3 metry, przykładając siłę 100 N. Oznacza to, że praca 300 J została wykonana zostało zrobione.
Moc to szybkość, z jaką wykonywana jest praca (lub przekazywana jest energia). Jednostką mocy jest wat (W); nazwany jest także honor Jamesa Watta (patrz artykuł „”). Aby obliczyć moc, należy podzielić pracę przez czas spędzony na niej. Jeśli chcemy przesunąć tę skrzynkę nie w 2 minuty, ale w jedną, to potrzebujemy dwa razy więcej mocy.
Siła i obciążenie
Aby przenieść ciało z miejsca, należy pokonać pewną siłę zwaną obciążeniem; często jest to po prostu masa ciała. Proste mechanizmy pomagają efektywniej wykorzystać włożony wysiłek. Obciążenie jest równe sile wywieranej przez śrubokręt; jest większa niż wysiłek włożony przez człowieka. Siła to siła, która obraca uchwyt. Dzieląc obciążenie przez wysiłek, otrzymujemy stosunek zwany przyrostem siły. Ściskając uchwyty szczypiec, aplikujemy 
do nich siłę 1 N. Jednocześnie musimy pokonać obciążenie 4 N, aby złamać nakrętkę. Zatem przyrost siły wynosi 4:1. Jeżeli wzmocnienie siły wynosi 4:1, oznacza to, że siła przyłożona przez mechanizm do przedmiotu jest czterokrotnie większa niż wysiłek człowieka. Takie mechanizmy nazywane są wzmacniacze.
Dźwignie
Dźwignia to pręt, który obraca się wokół stałego punktu podparcia. 
Dźwignia ułatwia obsługę ciężkich ładunków. Rodzaje dźwigni różnią się położeniem punktu podparcia w zależności od miejsca przyłożenia siły i obciążenia. W dźwigniach pierwszego typu punkt podparcia znajduje się pomiędzy punktami przyłożenia siły i obciążenia. W dźwigniach drugiego typu grupa znajduje się pomiędzy punktem przyłożenia siły a punktem podparcia. W dźwigniach trzeciego typu (patrz rys.) siła przykładana jest pomiędzy obciążeniem a punktem podparcia. Im dalej punkt podparcia znajduje się od miejsca wysiłku, tym łatwiej jest pracować z dźwignią (więcej na ten temat przeczytasz w artykule „”, sekcja „Siły obrotowe”). Naturalnie częściej stosuje się dłuższe dźwignie.
Koło
Kiedy koło się obraca, na jego oś działa większa siła niż na felgę. Efekt ten wykorzystywany jest do uzyskania przyrostu mocy np. w kierownicy. Im większa kierownica, tym łatwiej obraca się jej oś. Kiedy koło gramofonu jest obracane, na oś wywierana jest wystarczająca siła, aby uruchomić mechanizm. Po obróceniu osi koło zamienia ruch obrotowy na ruch prostoliniowy, dzięki czemu za jego pomocą możliwe jest przesuwanie ładunków. Punkty obręczy koła pokonują większą odległość niż oś, ponieważ Średnica koła jest większa niż średnica osi. Kółka rolek obracają się wokół własnej osi, dzięki czemu but porusza się po linii prostej.
Przekładnie są używane w różnych skomplikowanych maszynach, od samochodów po zegarki, w celu zmiany siły obrotowej i prędkości obrotowej. W takiej przekładni zmienia się kierunek i wielkość siły obrotowej. Przekładnia wymaga dwóch lub więcej biegów; zęby jednego dokładnie pasują do rowków drugiego. Wtedy obrót jednego koła powoduje obrót drugiego. Duży bieg powoduje, że mały bieg obraca się szybciej i odwrotnie. Działanie zegarków mechanicznych opiera się na skomplikowanym systemie połączonych ze sobą przekładni.
śruby
Śruba jest prętem gwintowanym, tzn. można ją uznać za pochyłą płaszczyznę „nałożoną” na cylinder. Trzon jest cylindrem, a gwint jest nachyloną płaszczyzną. Aby wkręcić korkociąg w korek, trzeba go wielokrotnie przekręcić, ale i tak jest to łatwiejsze niż włożenie go bez kręcenia. Siła obrotowa wytwarzana przez gwint przekształca się w siłę działającą wzdłuż osi śruby. Siła ta powoduje, że śmigło zapada się w przeszkodę. Spiralne schody to ta sama śruba. Spacer po niej zajmuje dużo czasu, jednak wspinaczka pionowo w górę jest jeszcze trudniejsza.
Blok
Blok ułatwia podnoszenie ciężkich ładunków. Opiera się na działaniu wind i dźwigów. Obciążenie mocuje się na końcu liny przerzuconej przez koło (lub układ kół) z rowkiem na obręczy. Jeśli pociągniesz za drugi koniec liny, ładunek zacznie się podnosić. Aby podnieść ciało za pomocą klocka, należy pociągnąć w dół: w tym przypadku ciężar naszego ciała pomaga w tym procesie. Im więcej kół w zbloczu, tym łatwiej jest podnieść ładunek, gdyż jego ciężar rozkłada się na większy odcinek liny. taki dźwig może podnieść czterokrotnie większy ładunek niż blok jednokołowy, ponieważ ciężar jest rozłożony na cztery odcinki liny.
Oto jak działa dźwignia pierwszego typu. Połóż na ołówku płaski kawałek drewna lub metalu, np. mocną linijkę. Umieść książkę na jednym końcu linijki. Kliknij linijkę po drugiej stronie, a księga się podniesie. Spróbuj przesunąć ołówek pod linijkę, a zobaczysz, że im dłuższa dźwignia, tym łatwiej jest podnieść ładunek.
Zastosowanie prostych mechanizmów
Proste mechanizmy są wykorzystywane na wiele różnych sposobów jako część bardziej złożonych maszyn. W naszym organizmie, podobnie jak w ciałach zwierząt, działają proste mechanizmy ustanowione przez naturę. - najstarszy mechanizm pompowania wody z rzek. zwiększa nachylenie, gdy śruba się obraca. 
- najprostsza forma śruby. Sprawia, że statek porusza się w wodzie (patrz artykuł „”), a samolot w powietrzu (patrz artykuł „”). Wentylator to trzeci rodzaj dźwigni. Kiedy wachlujesz, nadgarstek działa jak punkt podparcia.
Równia pochyła
Przykładami płaszczyzn nachylonych są zbocze lub zbocze. Łatwiej jest podnosić ładunki po pochyłej płaszczyźnie niż pionowo, ponieważ ładunek pokonuje większą odległość, dlatego do wykonania tej samej pracy potrzeba mniejszej siły. Pochylona płaszczyzna jest 8 razy dłuższa od linii pionowej, co oznacza, że do podniesienia ładunku potrzeba 8 razy mniej siły. Budowniczowie egipskich piramid (więcej na ten temat w artykule „”) mogli używać spiralnych, pochyłych płaszczyzn do podnoszenia kolosalnych kamiennych bloków na szczyt piramid. Wysokość największych piramid wynosi około 146 metrów.
W tej lekcji, której tematem jest: „Proste mechanizmy” porozmawiamy o mechanizmach, które pomagają nam w naszej pracy. Na budowach, w produkcji, na wakacjach – wszędzie tam, gdzie potrzebujemy pomocy. Tacy asystenci są dźwigniami. Dziś o nich porozmawiamy, a także rozwiążemy problem i przeanalizujemy kilka najprostszych przykładów z życia.
W tej lekcji skupimy się na prostych mechanizmach.
proste mechanizmy- Są to urządzenia, za pomocą których praca wykonywana jest wyłącznie dzięki energii mechanicznej. Otaczamy się urządzeniami, które działają na energię elektryczną (patrz rys. 1), dzięki energii spalania paliwa, jednak nie zawsze tak było.
Ryż. 1 czajnik elektryczny
Wcześniej wszystkie prace można było wykonywać ręcznie lub przy pomocy zwierząt, dzięki wiatrowi lub przepływowi wody (młyny), czyli dzięki energii mechanicznej (patrz ryc. 2).
Ryż. 2. Stare proste mechanizmy
I pomagają w tym, ułatwiają pracę, proste mechanizmy.
Nasze siły są ograniczone i to jest problem. Na przykład nie możemy podnieść i przenieść tony cegieł z jednego miejsca na drugie na raz. Możemy jednak spędzić więcej czasu, pokonywać większe odległości tam i z powrotem i przenosić cegły po cztery na raz lub tyle, ile jesteśmy w stanie unieść. A co ze śrubą, którą trzeba wkręcić w drzewo? Nie możemy tego spieprzyć gołymi rękami. Nie da się go też skręcić kawałek po kawałku, jak góry cegieł cegła po cegle. Musisz użyć mechanizmu, śrubokręta. Za jego pomocą musimy obrócić śrubę o kilka obrotów, aby weszła w drzewo przynajmniej na centymetr. Ale jest to nieporównywalnie łatwiejsze niż ręcznie.
Rozważ tak prosty mechanizm, jak na przykład łopata. Oczywiście ułatwia to pracę, dużo łatwiej jest nim kopać ziemię niż rękami. Wbiliśmy łopatę w ziemię. Aby podnieść grudkę ziemi, należy nacisnąć uchwyt. Gdzie będziesz naciskał, żeby było łatwiej? Doświadczenie podpowiada, że należy docisnąć, czyli przyłożyć siłę, bliżej końca rączki (patrz rys. 3).
Ryż. 3. Wybór punktu przyłożenia siły
Spróbuj przyłożyć siłę bliżej ostrza łopaty, znacznie trudniej będzie podnieść grudkę ziemi. Stosując tę samą siłę, niczego nie podniesiesz. Dlatego łopaty z krótkim uchwytem, na przykład saperzy, są wykonane z małego płótna: krótkim uchwytem nadal nie można podnieść dużej ilości ziemi.
Łopata jest dźwignią. Dźwignia jest sztywnym korpusem o ustalonej osi obrotu (najczęściej jest to punkt podparcia lub zawieszenia). Działają na niego siły, które mają tendencję do obracania go wokół osi obrotu. W łopacie osią obrotu jest punkt podparcia na górnej krawędzi otworu (patrz ryc. 4).
Ryż. 4. Oś obrotu łopaty
Kawałek ziemi, który podnosimy, działa z pewną siłą na ostrze łopaty, a nasze dłonie na rączkę z mniejszą siłą (patrz ryc. 5).
Ryż. 5. Działanie sił
Rozważmy inny przykład: wszyscy jeździli na huśtawce (patrz ryc. 6).
Ryż. 6. Balanser wahadłowy
To także dźwignia: istnieje stała oś obrotu, wokół której obraca się huśtawka pod wpływem grawitacji dziecka.
Aby przeważyć nad przyjacielem siedzącym na przeciwległym siedzeniu, aby go podnieść, usiądziesz na samym brzegu huśtawki. Jeśli usiądziesz bliżej wspornika huśtawki, nie możesz go przeważyć. Następnie musisz umieścić na swoim miejscu kogoś dorosłego i ciężkiego (patrz ryc. 7).
Ryż. 7. Przyłożona siła musi być większa niż na krawędzi
W takim momencie przyłożenia siły potrzebna jest większa siła niż w przypadku przyłożenia siły do krawędzi huśtawki (patrz rys. 8).
Ryż. 8. Przyłożenie sił
Jak już zauważyłeś, im dalej od punktu podparcia przyłożymy siłę, tym mniej siły potrzeba do wykonania tej samej pracy. Co więcej, potrzebna siła jest tyle razy mniejsza, ile razy większe jest ramię dźwigni. ramię dźwigni- jest to odległość od punktu podparcia lub zawieszenia dźwigni do punktu przyłożenia siły (patrz ryc. 9).
Ryż. 9. Dźwignia i siła
Siły zostaną przyłożone prostopadle do dźwigni.
Kierunek siły działającej na dźwignię
W jakim kierunku będziesz działać na łopacie, aby podnieść ziemię? Przyłóż siłę do łopaty, aby owinęła się wokół punktu podparcia, czyli prostopadle do rączki (patrz ryc. 10).
Jeśli będziesz działać wzdłuż rączki, ziemia nie podniesie się, chyba że wyciągniesz łopatę z ziemi lub wbijesz ją głębiej. Jeśli naciśniesz uchwyt pod kątem, siłę można traktować jako sumę dwóch sił: naciskasz prostopadle do uchwytu i jednocześnie pchasz lub ciągniesz wzdłuż uchwytu (patrz rysunek 11).
Ryż. 11. Działanie siły wzdłuż rączki
Tylko element prostopadły będzie obracał łopatę.
Mamy więc dźwignię i dwie siły, które na nią działają: ciężar ładunku i siłę, którą przykładamy do podniesienia tego ładunku. Odkryliśmy, że im dłuższe ramię dźwigni, tym mniej siły potrzeba do wyważenia dźwigni. Co więcej, ile razy ramię dźwigni jest większe, siła jest znacznie mniejsza. Matematycznie można to zapisać jako proporcję:
Nie ma znaczenia, czy siły są przykładane po przeciwnych stronach punktu podparcia, czy po jednej stronie. W pierwszym przypadku dźwignię nazywano dźwignią pierwszego rodzaju (patrz ryc. 12), a w drugim - dźwignią drugiego rodzaju (patrz ryc. 13).
Ryż. 12. Dźwignia pierwszego rodzaju
Ryż. 13. Dźwignia drugiego rodzaju
Praca z łopatą
Przyjrzeliśmy się, jak łopata ułatwia nam kopanie ziemi. Opiera się na krawędzi utworzonego otworu w ziemi, będzie to oś jego obrotu. Ciężar ziemi przykładamy do krótkiego ramienia dźwigni, rękami przykładamy siłę do długiego ramienia dźwigni (patrz ryc. 14).
Ryż. 14. Przyłożenie sił do łopaty
Co więcej, ile razy różnią się ramiona dźwigni, siły przyłożone do tych ramion różnią się tyle samo razy.
Podnieśliśmy więc grudę ziemi, ale potem trzeba wziąć łopatę obiema rękami, podnieść ją całkowicie i poruszyć ziemię. Gdzie drugą ręką bierzemy rękojeść łopaty? Wszystko jest proste, gdy znamy już zasadę działania dźwigni. Wskazówka sekundowa stanie się nowym wspornikiem dźwigni. Musi być ustawiony tak, aby ponownie dać przyrost siły, musi ponownie podzielić dźwignię na krótkie i długie ramiona. Dlatego weźmiemy łopatę jak najbliżej ostrza łopaty. Spróbuj podnieść łopatę, trzymając ją za krawędź obiema rękami - nawet z pustą łopatą może się to nie udać.
Zasada działania dźwigni jest stosowana bardzo często. Na przykład szczypce są dźwignią pierwszego rodzaju (patrz ryc. 15). Na rękojeści szczypiec działamy siłą, a szczypce działają na kawałek drutu, rurkę lub nakrętkę z siłą znacznie większą niż . Ile razy więcej, ile razy więcej:
Ryż. 15. Przykład dźwigni pierwszego rodzaju
Kolejna dźwignia to otwieracz do puszek, tyle że teraz punkty przyłożenia znajdują się po jednej stronie punktu podparcia O. I znowu przykładamy siłę do uchwytu, a ostrze otwieracza działa na puszkę puszki ze znacznie większą siłą modułu (patrz Ryc. 16).
Ryż. 16. Przykład dźwigni drugiego rodzaju
Ile razy więcej niż? Ile razy więcej w tej samej ilości niż:
Przyrost siły może być ogromny, ogranicza nas jedynie długość dźwigni i jej siła.
Obliczmy, jak długa powinna być dźwignia, aby przy jej pomocy krucha dziewczynka o wadze 50 kg mogła podnieść samochód o masie 1500 kg, naciskając całym ciężarem dźwignię. Ustawmy punkt podparcia dźwigni tak, aby krótkie ramię dźwigni wynosiło 1 m (patrz ryc. 17).
Ryż. 17. Rysunek problemu
Problem opisuje dźwignię (patrz rys. 18).
Ryż. 18. Stan zadania 1
Wiemy, ile razy przyrost siły daje dźwignię:
Siły przykładane są po przeciwnych stronach wspornika dźwigni, więc oba ramiona dźwigni sumują się do jej długości:
Opisaliśmy matematycznie proces określony w warunku. W naszym przypadku siła działająca na ramię to ciężar samochodu, a siła działająca na ramię to ciężar dziewczynki.
Teraz pozostaje tylko rozwiązać równania i znaleźć odpowiedź.
Z pierwszego równania znajdujemy ramię.Większa siła przykładana jest na mniejsze ramię dźwigni, co oznacza, że jest to ramię krótsze o długości 1 m.
Długość dźwigni wynosi:
Odpowiedź: 31 m.
Jak łopata sama kopie?
Rozpatrując przykłady nie uwzględniliśmy siły ciężkości działającej na dźwignię.
Wyobraź sobie, że wbiliśmy łopatę płytko w ziemię. Jeśli łopata będzie odpowiednio ciężka, bez naszej pomocy będzie w stanie unieść niewielką masę ziemi, nie będziemy musieli nawet przykładać siły do rączki. Łopata będzie obracać się wokół osi obrotu pod wpływem siły ciężkości działającej na uchwyt łopaty (patrz rys. 19).
Ryż. 19. Obracanie łopaty wokół własnej osi
Najczęściej jednak ciężar dźwigni jest znikomy w porównaniu z siłami, które na nią działają, dlatego w naszym modelu dźwignię uważamy za nieważką.
Na przykładzie dziewczynki i samochodu widzieliśmy, że za pomocą dźwigni możemy wykonać pracę, której bez dźwigni nigdy byśmy nie wykonali. Za pomocą dźwigni można było poruszyć nawet Ziemię, jak mówił Archimedes (patrz ryc. 20).
Ryż. 20. Wniebowzięcie Archimedesa
Problem w tym, że nie ma na czym oprzeć dźwigni, nie ma odpowiedniego punktu podparcia. I oczywiście wyobraźcie sobie, jak niewyobrażalna długość musi mieć taka dźwignia, ponieważ masa Ziemi wynosi 5974 miliardów miliardów ton.
Wszystko działa aż za dobrze: siłę niezbędną do wykonania pracy możemy redukować niemal w nieskończoność. Musi być jakiś haczyk, w przeciwnym razie dzięki dźwigni nasze możliwości byłyby nieograniczone. Jaki jest haczyk?
Za pomocą dźwigni przykładamy mniejszą siłę, ale jednocześnie dokonujemy większego przemieszczenia (patrz rys. 21).
Ryż. 21. Przenoszenie wzrostów
Przesunęliśmy trzonek łopaty do wyciągniętej ręki, ale podnieśliśmy ziemię tylko o kilka centymetrów. Archimedes, gdyby nadal znalazł punkt podparcia, w całym swoim życiu nie zdążyłby przestawić dźwigni, aby poruszyć Ziemię. Im mniejszą siłę przyłożymy, tym większe przemieszczenie wykonamy. A iloczyn siły i przemieszczenia, czyli praca, pozostaje stały. Oznacza to, że dźwignia zapewnia wzrost siły, ale utratę ruchu i odwrotnie.
Dźwignie używane „w odwrotnym kierunku”
Dźwignia nie zawsze jest używana do wykonywania pracy z mniejszą siłą. Czasami ważne jest, aby wygrać w ruchu, nawet jeśli oznacza to użycie większej siły. Podobnie rybak, który musi wyciągnąć rybę i przenieść ją na dużą odległość. Jednocześnie używa wędki jako dźwigni, przykładając siłę do jej krótkiego ramienia (patrz ryc. 22).
Ryż. 22. Używanie wędki
Nasza ręka jest także dźwignią. Mięśnie ramienia kurczą się, a ramię zgina się w łokciu. Jednocześnie może podnieść jakiś ciężar, pracować. Jednocześnie mięśnie i obciążenia działają z pewnymi siłami na kości przedramienia (patrz ryc. 23).
Ryż. 23. Nasza ręka jest dźwignią
Osią obrotu przedramienia jest staw łokciowy. Cały nasz układ mięśniowo-szkieletowy składa się z takich dźwigni. A sam termin „ramię dźwigni” nazywa się tak przez analogię do ramienia jednej z dźwigni w naszym ciele - ramienia.
Mięśnie są tak ułożone, że podczas skurczu nie mogą skrócić się o te pół metra, o które musimy podnieść np. filiżankę herbaty. Musisz wygrać w ruchu, aby mięśnie były przyczepione bliżej stawu, do mniejszego ramienia dźwigni. W tym przypadku trzeba zastosować większą siłę, ale dla mięśni nie stanowi to problemu.
Dźwignia to nie jedyny prosty mechanizm, który ułatwia nam wykonanie pracy.
Z jakiego prostego mechanizmu korzystasz, wchodząc na pierwsze piętro? Jeśli możesz, możesz doskoczyć do okna i po prostu wejść do pokoju. Jesteśmy przyzwyczajeni do wykonywania tej samej pracy, czyli przemieszczania się do domu znacznie bezpieczniej i łatwiej – wchodzenia po schodach. Obieramy więc lepszą ścieżkę, ale przykładamy do siebie mniejszą siłę. Jeśli zrobimy długie, łagodne schody, wspinanie się stanie się jeszcze łatwiejsze, będziemy chodzić prawie jak po płaskiej powierzchni, ale będziemy musieli pokonać dłuższą ścieżkę (patrz ryc. 24).
Ryż. 24. Delikatne schody
Pochylona płaszczyzna to prosty mechanizm. Zawsze łatwiej jest nie podnosić czegoś ciężkiego, ale ciągnąć to po zboczu.
Przyjrzyjmy się, jak siekiera rozłupuje drewno. Jego ostrze jest zaostrzone i rozszerza się bliżej podstawy, a im głębiej klin topora jest wbity w drewno, tym jest on szerszy i ostatecznie pęka (patrz ryc. 25).
Ryż. 25. Cięcie drewna
Zasada działania klina jest taka sama jak w przypadku płaszczyzny pochyłej. Aby przesunąć kawałki drewna o centymetr, trzeba zastosować ogromną siłę. Wystarczy przyłożyć mniejszą siłę do klina, jednak konieczne będzie wykonanie większego ruchu w głąb drewna.
Śruby działają na tej samej zasadzie, co pochyła płaszczyzna. Przyjrzyjmy się bliżej śrubie: rowek wzdłuż śruby jest płaszczyzną nachyloną, owiniętą jedynie wokół wału śruby (patrz ryc. 26).
Ryż. 26. Pochylona płaszczyzna śruby
Bez problemu wkręcamy śrubę na potrzebną głębokość. Jednocześnie jak zwykle tracimy ruch: musimy wykonać wiele obrotów śruby, aby wbić ją o kilka centymetrów. W każdym razie jest to lepsze niż wciskanie drewna i wkręcanie w nie wkrętu.
Wkręcając śrubę za pomocą śrubokręta, jeszcze bardziej ułatwiamy sobie pracę: śrubokręt jest dźwignią. Spójrz: siła, z jaką śruba działa na końcówkę śrubokręta, jest przykładana do mniejszego ramienia dźwigni, a na większe ramię działamy własną ręką (patrz ryc. 27).
Ryż. 27. Zasada działania śrubokręta
Rękojeść śrubokręta jest grubsza niż końcówka. Gdyby śrubokręt miał uchwyty przypominające korkociąg, przyrost siły byłby jeszcze większy.
Tak często korzystamy z prostych mechanizmów, że nawet tego nie zauważamy. Weźmy zwykłe drzwi. Czy potrafisz wymienić trzy zastosowania prostego mechanizmu w drzwiach?
Zwróć uwagę, gdzie znajduje się uchwyt. Umieszcza się go zawsze na krawędzi drzwi, z dala od zawiasów (patrz rys. 28).
Ryż. 28. Umiejscowienie klamki na drzwiach
Spróbuj otworzyć lub zamknąć drzwi, dopychając je bliżej zawiasów, będzie to trudne. Drzwi są dźwignią i aby otworzyć je przy użyciu jak najmniejszej siły, ramię tej siły powinno być jak największe.
Przyjrzyjmy się samemu uchwytowi. Gdyby to była goła oś to ciężko byłoby otworzyć drzwi. Klamka zwiększa ramię, na które przykładana jest siła, a my przykładając mniejszą siłę otwieramy drzwi (patrz rys. 29).
Ryż. 29. Klamka drzwi
Przyjrzyjmy się kształtowi klucza. Myślę, że możesz odpowiedzieć, dlaczego są wykonane z szerokimi główkami. I dlaczego zawiasy, na których opierają się drzwi, nie znajdują się obok siebie, ale na około jednej czwartej wysokości od krawędzi drzwi? Pamiętaj, jak wzięliśmy łopatę, kiedy ją podnieśliśmy - tutaj ta sama zasada. Można też zwrócić uwagę na skośnie ścięty język zamka, na śruby, którymi przykręcane są drzwi do zawiasów (patrz rys. 30).
Ryż. 30. Zawiasy drzwiowe
Jak widać, proste mechanizmy leżą u podstaw wszelkiego rodzaju urządzeń - od drzwi i siekiery po dźwig. Korzystamy z nich nieświadomie, gdy na przykład wybieramy, gdzie chwycić gałąź, aby ją przechylić. Sama natura, tworząc człowieka, posługiwała się prostymi mechanizmami, tworząc nasz układ mięśniowo-szkieletowy czy zęby o klinowatym kształcie. A jeśli zwrócisz uwagę, zauważysz o wiele więcej przykładów na to, jak proste mechanizmy ułatwiają pracę mechaniczną i można z nich korzystać jeszcze wydajniej.
Na tym kończymy naszą lekcję, dziękujemy za uwagę!
Bibliografia
- Sokolovich Yu.A., Bogdanova GS Physics: podręcznik z przykładami rozwiązywania problemów. - Wydanie 2, redystrybucja. - X.: Vesta: Wydawnictwo „Ranok”, 2005. - 464 s.
- Peryszkin A.V. Fizyka: Podręcznik dla klasy 7. - M.: 2006. - 192 s.
- Virtuallab.by().
- Szkoła.xvatit.com().
- Lena24.rf ().
- Fizika.ru ().
Praca domowa
- Co to jest dźwignia? Podaj definicję.
- Jakie znasz przykłady dźwigni?
- Długość mniejszego ramienia dźwigni wynosi 5 cm, większego 30 cm.Na mniejsze ramię działa siła 12 N. Jaką siłą należy przyłożyć większe ramię, aby dźwignia zrównoważyła się?
Kiedy trzeba podnieść duży ładunek, na przykład duży głaz na polu, często tak robią: jednym końcem podsuwają mocny kij pod głaz, a w pobliżu tego końca kładą mały kamień, kłodę lub coś innego w celu podparcia i położył rękę na drugim końcu kija. Jeśli głaz jest zbyt ciężki, w ten sposób można go podnieść z miejsca.
Taki mocny drążek, który może obrócić się w jednym punkcie, nazywany jest „dźwignią”, a punkt, wokół którego obraca się dźwignia, to jego „punkt podparcia”. Należy również pamiętać, że odległość dłoni (ogólnie od miejsca przyłożenia siły) do punktu podparcia nazywana jest „ramięm dźwigni”; zwana także odległością od miejsca, w którym kamień dociska dźwignię do punktu podparcia. Każda dźwignia ma zatem dwa ramiona. Potrzebujemy tych nazw części dźwigni, aby wygodniej było opisać jej działanie.
Przetestowanie działania dźwigni nie jest trudne: możesz zamienić dowolny kij w dźwignię i spróbować przewrócić nim przynajmniej stos książek, podpierając dźwignię książką. Dzięki takim eksperymentom zauważysz, że im dłuższe ramię, na które odpychasz ręką, w porównaniu z drugim ramieniem, tym łatwiej jest podnieść ładunek. Duże obciążenie na dźwigni można zrównoważyć małą siłą tylko wtedy, gdy działa się na wystarczająco długie ramię dźwigni - długie w porównaniu do drugiego ramienia. Jaki powinien być stosunek Twojej siły, wielkości ładunku i ramion dźwigni, aby Twoja siła zrównoważyła ładunek? Stosunek jest następujący: twoja siła powinna być tyle razy mniejsza niż obciążenie, ile razy krótkie ramię jest mniejsze od długiego.
Weźmy przykład. Załóżmy, że musisz podnieść kamień o wadze 180 kg; krótkie ramię dźwigni wynosi 15 cm, a długie ramię 90 cm Siła, z jaką należy nacisnąć koniec dźwigni, jest oznaczona literą x. Wtedy musi być proporcja:
X: 180= 15: 90.
Musisz więc naciskać na długie ramię siłą 30 kg.
Inny przykład: możesz oprzeć się na końcu długiego ramienia dźwigni z siłą zaledwie 15 kg. Jaki największy ładunek możesz podnieść, jeśli długie ramię ma 64 cm, a krótkie ramię 28 cm?
Oznaczając nieznane obciążenie przez x, tworzymy proporcję:
15: X= 28: 84,
Oznacza to, że za pomocą takiej dźwigni można podnieść nie więcej niż 45 kg.
Podobnie możesz obliczyć długość ramienia dźwigni, jeśli nie jest znana. Na przykład siła 10 kg równoważy obciążenie 150 kg na dźwigni. Jaka jest długość krótkiego ramienia tej dźwigni, jeśli jej długie ramię ma 105 cm?
Oznaczając długość krótkiego ramienia literą x, tworzymy proporcję:
10: 150 = x: 105,
Krótkie ramię ma 7 cm.
Rozważany rodzaj dźwigni nazywany jest dźwignią pierwszego rodzaju. Istnieje również dźwignia drugiego rodzaju, z którą teraz się zapoznamy.
Załóżmy, że musisz podnieść dużą belkę (ryc. 14). Jeśli jest za ciężki na Twoje siły, to pod belkę wkładasz mocny kij, opierasz jego koniec o podłogę, a drugi koniec ciągniesz do góry. W tym przypadku drążek jest dźwignią; jego punkt podparcia znajduje się na samym końcu; twoja moc działa na drugim końcu; ale ładunek naciska na dźwignię nie po drugiej stronie punktu podparcia, ale po tej samej stronie, na którą przykładana jest twoja siła. Innymi słowy ramiona dźwigni w tym przypadku: długie - na całej długości dźwigni i krótkie - jej część, wsunięta pod belkę. Punkt oparcia nie leży pomiędzy siłami, ale poza nimi. Jest to różnica między dźwignią drugiego rodzaju a dźwignią pierwszego rodzaju, w której obciążenie i siła znajdują się po przeciwnych stronach punktu podparcia.
Ryż. 14. Dźwignie pierwszego i drugiego rodzaju: obciążenie i siła znajdują się po przeciwnych stronach punktu podparcia
Pomimo tej różnicy stosunek sił i ramion na dźwigni II rodzaju jest taki sam jak na dźwigni I rodzaju: siła i obciążenie są odwrotnie proporcjonalne do długości ramion. W naszym przypadku, jeśli do bezpośredniego podniesienia drzwi potrzeba np. 27 kg, a długość ramion wynosi 18 cm i 162 cm, to siła X, z jaką należy działać na koniec dźwigni, określa się z proporcji
28 kwietnia w szkole odbędzie się konferencja naukowo-praktyczna NOU „Spectrum”.
Trochę historii
Dawno temu, w 2005 roku, wraz z moimi uczniami w szkole zorganizowaliśmy towarzystwo naukowe „Pitagorejczyk”, w którym zajmowaliśmy się różnymi działaniami, od analizy problemów olimpiadowych po prace badawcze. Co roku, z udziałem innych matematyków szkoły, organizowali konferencje, a następnie zabierali dzieci na konferencje do Nalczyka. Co roku nasi chłopcy zdobywali nagrody na konkursach republikańskich. Wszystko było tak jak powinno być, mieliśmy swój statut, program, wymagania. Na koniec roku wyniki zostały podsumowane i każdemu członkowi NOU przyznano tytuły naukowe:
- „honorowy akademik” – zwycięzcy i laureaci międzynarodowych i rosyjskich, republikańskich olimpiad przedmiotowych, przeglądów, konkursów;
- „akademik” – zwycięzcy regionalnych i miejskich olimpiad przedmiotowych, konkursów, przeglądów;
- „Mistrz” – zwycięzcy szkolnych konkursów, przeglądów, konkursów;
- „Licencjat” – zwycięzcy szkolnych konkursów, recenzji, konkursów.
Wszyscy wtedy wiedzieli o naszym społeczeństwie. Brzęczał. Na konferencji w Nalczyku powiedziano nam kiedyś, że nie można nam za każdym razem dawać nagród, żeby nie zgłaszać wielu prac na konkurs. Co też odegrało pewną rolę. Kiedy członek jury republikańskiego konkursu przy dzieciach mówi „Twoje prace są najlepsze, ale nie możemy przyznać więcej niż jednego miejsca”….
http://alfusja-bahova.ucoz.ru/index/nou_quot_pifagorenok_quot/0-5
Nawiasem mówiąc, wszyscy chłopcy, którzy byli wówczas zaangażowani w społeczeństwo naukowe, bez trudu weszli na najlepsze uniwersytety techniczne w Moskwie i Petersburgu, w tej chwili z sukcesem ukończyli uniwersytety. I jedna dziewczyna została na uniwersytecie w Petersburgu (nie mogę teraz podać dokładnych nazw uniwersytetów). Jestem dumny z moich chłopaków.
Ale wszystko kiedyś się kończy. I nasze NOU też. Za tę pracę nikt mi nic nie płacił, a gdy tylko zaczęli za to płacić, „takiej krowy potrzeba sobie”, okazało się, że naszej szkole nie potrzeba „Pitagorejczyka”, utworzyli nowe stowarzyszenie „Spectrum” ”, gdzie wszystko jest zrobione „niedbale”, nawet nie chcę o tym rozmawiać.
Po jednym nieprzyjemnym incydencie przestała brać udział w szkolnych zebraniach z chłopakami.
W tym roku zdecydowałam się pojechać na konferencję szkolną z członkami mojego kręgu. Projekt rozpoczęliśmy w środę. Zobaczmy co się stanie.
Na kolejnej lekcji koła rozpoczęli projekt badawczy „Dźwignia. Rodzaje dźwigni. Dźwignie w życiu człowieka”.
Cel i zadania pracy badawczej:
- Przestudiować urządzenie i zasadę działania dźwigni;
- Złóż mechanizm „Dźwignia” za pomocą klocków Lego „Fizyka i technologia”;
- Poznaj właściwości dźwigni. Znajdź stan równowagi dźwigni;
- Przesłuchiwanie kolegów z klasy;
- Poznaj zastosowanie dźwigni w domu, w domu, w technologii, w sporcie i rozrywce;
- Wnioski.
Czy wiedziałeś?
Termin „dźwignia” (angielski dźwignia) pochodzi od francuskiego słowa levier, które w tłumaczeniu oznacza „podnieść”.
Od czasów starożytnych, aby ułatwić sobie pracę, człowiek wykorzystuje różne mechanizmy, które są w stanie przekształcić siłę człowieka w znacznie większą siłę. Trzy tysiące lat temu, podczas budowy piramid w starożytnym Egipcie, ciężkie kamienne płyty były przesuwane i podnoszone za pomocą prostych mechanizmów.
Dźwignia to sztywny pręt lub stały przedmiot, który służy do przenoszenia mocy. Za pomocą dźwigni można zmieniać przyłożoną siłę (siła), kierunek i odległość ruchu. W każdej dźwigni koniecznie musi znajdować się siła, podpora (lub oś obrotu) i obciążenie (obciążenie). W zależności od ich wzajemnego ułożenia wyróżnia się dźwignie pierwszego, drugiego i trzeciego rodzaju.
W tej lekcji zdemontowaliśmy urządzenie i zasadę działania dźwigni. Za pomocą klocków Lego zmontowano trzy rodzaje mechanizmu „Dźwignia”. Próbowałem zrobić jakieś badania. Dowiedzieliśmy się, że każda dźwignia ma punkt podparcia, punkt przyłożenia siły i punkt przyłożenia obciążenia (tj. obciążenia)
Rodzaje dźwigni
W dźwigniach pierwszego rodzaju punkt podparcia znajduje się pomiędzy punktami przyłożenia siły i obciążenia.
Najczęstszymi przykładami dźwigni pierwszego rodzaju są piła, łom, szczypce i nożyczki.
W dźwigniach drugiego rodzaju punkt podparcia i punkt przyłożenia siły znajdują się na przeciwnych końcach, a punkt przyłożenia obciążenia znajduje się pomiędzy nimi. Najczęstszymi przykładami dźwigni drugiego rodzaju są dziadek do orzechów, taczka i otwieracz do butelek.
W dźwigniach trzeciego rodzaju punkt podparcia i punkt przyłożenia obciążenia znajdują się na przeciwnych końcach, a punkt przyłożenia siły znajduje się pomiędzy nimi. Najbardziej znanymi przykładami dźwigni trzeciego rodzaju są pęseta i szczypce do lodu.
JavaScript jest wyłączony w Twojej przeglądarce
Na następnej lekcji koła będziemy kontynuować nasze badania.
PS. Na tej stronie jest wielu świetnych fizyków, chętnie otrzymam od Was porady i rekomendacje dotyczące naszego projektu. Nie odmówię żadnej pomocy!
Dźwignia to sztywny korpus, który może obracać się wokół stałego punktu. Nazywa się punkt stały punkt podparcia. Nazywa się odległość od punktu podparcia do linii działania siły ramię ta siła.
Stan równowagi dźwigni: dźwignia jest w równowadze, jeśli siły przyłożone do dźwigni F1 I F2 mają tendencję do obracania go w przeciwnych kierunkach, a moduły sił są odwrotnie proporcjonalne do ramion tych sił: F1/F2 = l 2 /l 1 Zasada ta została ustanowiona przez Archimedesa. Według legendy zawołał: Daj mi oparcie, a podniosę ziemię .
Dla dźwigni, „złota zasada” mechaniki (jeśli można pominąć tarcie i masę dźwigni).
Przykładając pewną siłę do długiej dźwigni, drugim końcem dźwigni można podnieść ładunek, którego ciężar znacznie przekracza tę siłę. Oznacza to, że stosując dźwignię można uzyskać przyrost siły. Podczas korzystania z dźwigni wzrostowi siły musi towarzyszyć ta sama strata.
Chwila mocy. zasada chwili
Nazywa się iloczyn modułu siły i jego ramienia moment siły.M = Fl , gdzie M jest momentem siły, F jest siłą, l jest ramieniem siły.
zasada chwili: Dźwignia jest w równowadze, jeśli suma momentów sił działających na dźwignię w jednym kierunku jest równa sumie momentów sił działających na nią w przeciwnym kierunku. Zasada ta dotyczy każdego ciała sztywnego, które może obracać się wokół stałej osi.
Moment siły charakteryzuje obrotowe działanie siły. Ta akcja zależy zarówno od siły, jak i jej ramienia. Dlatego np. chcąc otworzyć drzwi, starają się przyłożyć siłę jak najdalej od osi obrotu. Za pomocą małej siły powstaje znaczący moment i drzwi się otwierają. O wiele trudniej jest go otworzyć poprzez naciśnięcie w pobliżu zawiasów. Z tego samego powodu nakrętkę łatwiej odkręcić dłuższym kluczem, śrubę łatwiej odkręcić śrubokrętem z szerszą rączką itp.
Jednostką momentu siły w układzie SI jest niutonometr (1 N*m). Jest to moment siły 1 N, mający ramię 1 m.
