Машини і механізми. Прості механізми. "Золоте правило" механіки

Размещено на http://allbest.ru

Машини і механізми. Прості механізми. «Золоте правило» механіки

Мета уроку:

· познайомити учнів із видами простих механізмів;

· розглянути прості механізми, як пристрої, що служать для перетворення сили;

· розвивати в учнів інтерес до техніки;

· виховувати любов до предмета.

Тип уроку: урок засвоєння нових знань

Обладнання: прості механізми: важіль, блок, похила площина, клин, гвинт, карточки, дошка, важок, динамометр, різнокольорові картки для «кольоропису», картки для я «Хто краще знає і пам'ятає»

Знання тільки тоді є знаннями,

якщо вони отримані зусиллями

твого розуму, а не пам'яті.

Л. Толстой

Хід уроку:

I. Розминка

Методика кольоропису «Вивчення емоційного стану учнів»:

Кожному учневі надається сім кольорових смужок. Смужка - умовний знак емоційного стану (настрою) учня:

* червона -- радісний, захоплений;

* жовтогаряча -- радісний, теплий;

* жовта -- світлий, приємний;

* зелена -- спокійний, врівноважений;

* синя -- незадовільний, сумний;

* фіолетова -- тривожний, напружений;

* чорна -- повний занепад, зневіра;

* біла -- важко відповісти.

Учні піднімають смужку того кольору, що відвідає їх емоційному стану.

II. Актуалізація опорних знань

Гра «Хто краще знає і пам'ятає».

Для гри використовують 24 картки квадратної форми: 12 карток синього і 12 зеленого кольору (кольори можна поміняти). На картках синього кольору пишуть поняття, а на картках зеленого - формулювання поняття. На стіл, за яким сидять 4 гравці, перемішують і розкладають чистим боком догори всі 24 картки. Кожен учень по черзі витягує дві картки. Якщо вони складають пару, учень, показавши всім гравцям цю пару, відкладає їх собі, одержуючи право наступного ходу, якщо ні, то право вибору картки переходить до наступного гравця. Якщо під час повторної процедури гравець витягає дві картки й одна з них утворює пару з однією з карток попередньої пари, він її відкладає. Якщо пари немає, він на свій розсуд дві різнокольорові залишає собі, а дві розміщує на полі. Кожна група отримує однаковий комплект карток. Гра закінчується тоді, коли на столі не залишиться карток. Виграє той, хто витягнув найбільшу кількість пар.

Написи на картках синього кольору:

* Робота.

* Енергія.

* Потужність.

* Закон збереження механічної енергії.

* Повна механічна енергія.

* Потенціальна енергія тіла, піднятого над поверхнею Землі.

* Потенціальна енергія.

* Кінетична енергія.

* Блок.

* Гідравлічний прес.

* Важіль.

* Прості механізми.

Написи на картках зеленого кольору:

* Фізична величина, що дорівнює добутку сили на шлях, пройдений тілом у напрямі дії цієї сили.

* Фізична величина, що характеризує здатність тіла або системи тіл виконувати роботу.

* Фізична величина, яка характеризує швидкість виконання роботи і чисельно дорівнює відношенню виконаної роботи до часу, протягом якого цю роботу виконано.

* У системі тіл, які взаємодіють тільки силами пружності й силами тяжіння, повна механічна енергія не змінюється.

* Сума кінетичної та потенціальної енергій тіла.

* Добуток маси тіла, прискорення вільного падіння і висоти, на якій перебуває тіло.

* Енергія, зумовлена взаємодією тіл або частин одного тіла.

* Енергія, зумовлена рухом тіла.

* Колесо з жолобом, через який перекинуто мотузку.

* Два сполучені циліндри різного діаметра, які заповнено робочою рідиною і закрито рухомими поршнями.

* Тверде тіло, яке може обертатися навколо нерухомої осі.

* Пристрої, призначені для перетворення сили.

Пропонуємо учням підняти смужку того кольору, що відповідає їх емоційному стану на даному етапі уроку. Учитель порівнює з результатами «кольоропису», проведеного під час розминки, і робить висновок.

III. Мотивація навчальної діяльності

Вправа «Коректор».

Вилучити зайві слова та прочитати тему уроку:

«Простіодинмеханізмидва«3олотетриправило» чотиримеханікип'ятьмашинишістьтасіммеханізмивісім».

IV. Вивчення нового матеріалу.

1. Що таке простий механізм? Важіль?

З давніх-давен людина для того, щоб полегшити свою працю, винаходила і використовувала різні пристрої.

Якщо ми зайдемо на сучасну кухню, то побачимо різні „машини” - м'ясорубку, тістомішалку, ніж для відкривання консервних банок, часникодавку, кухонний комбайн;

у швейній майстерні зустрінемось з різними ножицями, відвідавши майстерню, побачимо набір інструментів - молоток, пасатижі, щіпці, гвинти, коловороти, клини, ножиці по металу;

на заводі чи фабриці побачимо ряд машин різних розмірів, починаючи від велетенських пресів до маленьких складних автоматів.

Вивчаючи будову всіх цих машин, ми побачимо, що багато з них складається із простих механізмів: важелів, похилих площин, коловоротів, клинів, гвинтів і блоків. З деякими з них ми вже знайомі.

Властивість важеля давати виграш у силі випливає з умови його рівноваги.

Важіль перебуває у рівновазі в тому випадку, якщо плечі сил обернено пропорційні значенням сил:

механізм машина навчальний урок

Правило рівноваги важеля було встановлене Архімедом. Прикладаючи меншу силу до довшого плеча, ми виграємо в силі на меншому плечі.

Блоки можна розглядати як важелі з рівними плечами ( нерухомий блок) та з плечами, які за довжиною відрізняються в 2 рази (рухомий блок).

Різновидом важеля є коловорот, наприклад, що використовується у системі рульового керування автомобілем.

2. „Золоте правило” механіки

Важелі дозволяють отримати виграш у силі. Але коли в чомусь виграєш, то чимось треба поступитися, щось втратити. Виявляється, що під час застосування важеля довший його кінець проходить більший шлях. Важке тіло підніметься на невелику висоту, а кінець довгого плеча важеля, до якого прикладена мала сила, опуститься на більшу висоту. Таким чином, отримавши перевагу в силі, ми програємо у відстані. Архімед вивів правило, яке можна застосувати до всіх простих механізмів. Це правило отримало назву „ золоте правило” механіки.

У скільки разів простий механізм дає виграш у силі, у стільки ж разів дає програш у відстані.

„Золоте правило” виконується за ідеальних умов, коли рухомі частини простих механізмів не мають ваги, а між тілами, які ковзають або котяться одне по одному немає тертя. Із закону збереження енергії випливає, що прості механізми не дають виграшу в роботі.

Момент сили - добуток модуля сили на її плече.

3. Похила площина

Окрім важеля та блока люди з античних часів використовують ще один простий механізм - похилу площину. За допомогою похилої площини можна піднімати важкі предмети, прикладаючи до них невелику силу.

4. Різновиди похилої площини

Властивості похилої площини реалізуються у використанні. Наприклад, ескалаторів, звичайних сходів і конвеєрів. Одним із різновидів похилої площини є клин. Щоб полегшити рубання дров, у тріщину колоди вставляють клин і б'ють по ньому обухом сокири. Під час ударяння на клин діють три тіла: зверху обух сокири і з боків дві частини колоди. Відповідно клин діє на обух сокири вгору, а на деревину колоди - в боки. Тобто, клин змінює напрям дії сили сокири і ця сила більша від сили удару.

Різновидом похилої площини є гвинт. Нарізка гвинта - це похила площина, яку багато разів обгорнуто навколо циліндра. Гвинт також змінює напрям і числове значення прикладеної сили. Принцип дії гвинта використовується у багатьох пристроях і механізмах: домкратах і підйомниках, м'ясорубці, лещатах, струбцинах, свердлах, шурупах, різьбових кріпленнях.

5. Гідравлічний прес

„ Золоте правило” механіки справджується і для гідравлічного преса. Під час стискання рідина практично не змінює свого об'єму, тому при опусканні малий поршень витісняє з малого циліндра такий самий об'єм рідини, який потрапляє до великого циліндра: V1 = V2. оскільки

У скільки разів прес збільшує силу на великому поршні, у стільки ж разів зменшується відстань, на яку пересувається великий поршень.

Таким чином, одержавши виграш у силі, ми знов програємо у відстані. „Золоте правило” виконується за умови нехтування масою поршнів та силою опору руху рідини під час її перетікання з малого поршня циліндра у великий.

6. Прості механізми в сучасних машинах

Прості механізми - це трудівники протягом 30 століть. В сучасних технічних пристроях обов'язково є прості механізми. В конструкціях велосипедів і автомобілів є важелі і коловороти. На будівельних майданчиках працюють підйомні крани - це сполучення важелів, блоків, коловоротів. Важелі та блоки - неодмінні складові шляхо- і трубоукладальників, піднімальних кранів. Транспортери на шахтах та на фабриках - приклади похилих площин. В домкратах використовуються коловорот та гвинт.

7. Коефіцієнт корисної дії

„ Золоте правило „ механіки говорить нам про те, що виграш у силі , який дають прості механізми обов'язково компенсується програшем у відстані. Тому ніякого виграшу у роботі за допомогою простих механізмів ми не отримуємо, більше того, в реальних умовах ми програємо в роботі. Чому це так відбувається будемо з'ясовувати.

Припустимо треба підняти вантаж за допомогою нерухомого блока. До мотузки перекинутої через нього прикріплений вантаж, за другий кінець тягне людина, щоб піднявся вантаж на певну висоту. Вага вантажу Р, а людина прикладає силу F, яка більша за силу Р, тому, що треба подолати силу тертя в осі блока, сам блок має масу, та і мотузка також. Під час підняття вантажу виконується корисна робота A_кор= Ph, а людина виконує роботу A_повна= Fh. Повна робота буде більшою, ніж корисна робота внаслідок тертя.

На практиці завжди корисна робота, яка виконується за допомогою будь-якого механізму менша за повну роботу. Тільки в ідеальних випадках корисна робота була б рівна повній, але такого бути не може.

Відношення корисної роботи до повної роботи називається коефіцієнтом корисної дії (ККД).

Ю =

ККД будь-якого механізму показує, яку частину повної роботи механізм перетворює на корисну. Оскільки корисна робота завжди менша за повну, то ККД будь-якого механізму завжди менший за 100%. Коефіцієнт корисної дії зручно виражати у відсотках. Тоді

з= *100%

Конструюючи ті чи інші механізми, прагнуть збільшити їхній ККД. Для цього зменшують тертя в осях механізмів та їхню вагу.

V. Закріплення нового матеріалу:

Задача 1. Плечі важеля дорівнюють 25 і 40 см. менша з двох вертикальних сил, що діють на важіль, дорівнює 40 Н. чому дорівнює друга сила, якщо важіль перебуває в рівновазі? ( Відповідь: 25 Н.)

Задача 2 . За допомогою важеля підняли вантаж масою 200 кг. На яку висоту був піднятий вантаж, якщо сила, що діє на довге плече важеля, виконала роботу 400 Дж? ( Відповідь: 0,2 м.)

Размещено на Allbest.ru