О массе, силе, весе, рычаге и не только – внеурочная деятельность (конкурсная работа) – Корпорация Российский учебник (издательство Дрофа – Вентана)

Внимание! Администрация сайта rosuchebnik.ru не несет ответственности за содержание методических разработок, а также за соответствие разработки ФГОС.

  • Участник: Вавилина Екатерина Анатольевна
  • Руководитель: Завершинская Ирина Андреевна

 В учебнике физики Перышкина А.В. за 7 класс в §19 мы найдем определение массы. Масса тела – это физическая величина, которая характеризует его инертность.
А в § 26 найдем определение веса. Вес тела – это сила, с которой тело вследствие притяжения к Земле действует на опору или подвес.
Масса измеряется в килограммах, а вес в ньютонах.

В 7 классе мы начали изучать физику по УМК Перышкина А.В.

Я спешила познакомиться с этой наукой, потому, что моя мама закончила физический факультет Куйбышевского государственного университета. Она всегда говорит, что физика – это очень интересно и очень увлекательно!

Сейчас я учусь в 9 классе, скоро экзамены. На ОГЭ, кроме математики и русского языка, я выбрала физику. Физика, действительно, очень интересная, увлекательная наука, но и сложная.

В повседневной жизни многие физические понятия используются неверно. Например, очень часто можно услышать: «Мой вес 40 килограмм» или «Этот тортик весит полкило». Но, вес и масса – это два разных понятия! Их нельзя путать.

В учебнике физики Перышкина А.В. за 7 класс в §19 мы найдем определение массы. Масса тела – это физическая величина, которая характеризует его инертность.

А в § 26 найдем определение веса. Вес тела – это сила, с которой тело вследствие притяжения к Земле действует на опору или подвес.

Масса измеряется в килограммах, а вес в ньютонах.

Масса – это вещь постоянная. Массу можно изменить, если от тела, например, отломать кусочек. С весом все гораздо сложнее…

В 7 классе, до изучения второго закона Ньютона, в учебнике говорилось, что если тело и опора покоятся или движутся равномерно и прямолинейно, то вес тела равен силе тяжести и определяется по той же формуле:

P = Fт =

mg

Но следовало учитывать, что «сила тяжести действует на тело, а значит, приложена к самому телу, а вес действует на опору или подвес, т.е. приложен к опоре».

А в § 2 для дополнительного чтения, мы впервые узнали, что такое невесомость. В состоянии невесомости вес тела равен нулю, а сила тяжести, как и масса тела, нулю не равны.

Удивительно, но в момент прыжка, когда на нас действует только сила тяжести, а сопротивлением воздуха можно пренебречь, то наш вес равен нулю. Можно считать, что мы находимся в невесомости.

А вот в 9 классе в § 11 был введен второй закон Ньютона: ускорение тела прямо пропорционально равнодействующей сил, приложенных к телу, и обратно пропорционально его массе.

 = 

И поэтому, вес тела – это результат совместного решения двух уравнений, составленных в соответствии со вторым и третьим законами Ньютона.

Если тело лежит на неподвижной опоре относительно Земли, то на тело действуют сила тяжести направленная вертикально вниз, и сила нормального давления или сила реакции опоры. Силы, действующие на тело, уравновешивают друг друга. В соответствии с третьим законом Ньютона тело действует на опору с некоторой силой – весом, равной по модулю силе реакции опоры и направленной в противоположную сторону. Т.е. вес численно равен силе тяжести, это как раз то, о чем мы говорили в 7 классе.

Если же наше тело, будет находиться в лифте, который движется с ускорением, то вес тела может быть больше или меньше силы тяжести. Результат зависит от направления ускорения.

Таким образом, в физике принято строгое различие понятий веса, силы тяжести и массы. С точки зрения физики, приходя на рынок и обращаясь к продавцу, следовало бы говорить: «Дайте, пожалуйста, десять ньютон клубники». Но все уже привыкли к слову вес, как синониму термина «масса».

Но очень важно понимать, что это вовсе не одно и то же!

Однако, массы некоторых тел очень большие. А человеку часто приходится поднимать, двигать тяжелые предметы. С давних пор человек применяет различные вспомогательные приспособления для облегчения своего труда.

В § 55-56 учебника физики для 7 класса мы познакомились с простыми механизмами и в частности – рычагом.

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

С помощью рычагов три тысячи лет назад при строительстве пирамид в Древнем Египте передвигали и поднимали на большую высоту тяжелые каменные плиты.

Рычаги позволяю получить выигрыш в силе!

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

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

Рычаг – это твёрдое тело, которое может вращаться вокруг точки опоры. Рычаг находится в равновесии, если сумма моментов сил равна нулю. Момент силы – это величина, равная произведению силы на плечо этой силы. M = Fl. Плечо – это кратчайшее расстояние от точки опоры, до линии, вдоль которой действует сила (перпендикуляр).

Различают рычаги 1 рода, в которых точка опоры располагается между точками приложения сил, и рычаги 2 рода, в которых точки приложения сил располагаются по одну сторону от опоры.

Среди рычагов 2 рода выделяют рычаги 3 рода, с точкой приложения «входящей» силы ближе к точке опоры, чем нагрузки, что даёт выигрыш в скорости и пути

Примеры: рычаги первого рода — детские качели (перекладина), ножницы; рычаги второго рода — тачка (точка опоры — колесо), приподнимание предмета ломом движением вверх; рычаги третьего рода — задняя дверь багажника или капот легковых автомобилей на гидравлических телескопических упорах, подъём кузова самосвала (с гидроцилиндром в центре), движение мышцами рук и ног человека и животных.


Рычаги очень часто встречаются в живой природе.

В скелете животных и человека все кости, имеющие некоторую свободу движения, являются рычагами.

  • у человека – кости рук и ног, нижняя челюсть, череп, фаланги пальцев,
  • у кошек рычагами являются подвижные когти;
  • у многих рыб – шипы спинного плавника;
  • у членистоногих – большинство сегментов их наружного скелета.

Рычажные механизмы скелета в основном рассчитаны на выигрыш в скорости

при потере в силе. Особенно большие выигрыши в скорости получаются у насекомых.

Для осуществления полета крылья должны иметь особое расположение и возможность свободно двигаться. Крыло насекомых можно сравнить с двуплечим рычагом. Короткое плечо представлено его внутренней частью (основанием), которая скрыта под мембраной, а длинное располагается снаружи: собственно, эту видимую часть и принято считать крылом. На внутренней поверхности экзоскелета, сразу под местом сочленения крыла с телом, находится плотный выступ, который называют плейральным столбиком; данная структура играет роль точки опоры при взмахе крыльев.


Также рычажный механизм есть у цветка шалфея. От оси у тычинок шалфейного цветка отходят два плеча: длинное и короткое. На конце длинного, изогнутого, как у коромысла, плеча висит пыльцевой мешочек. А короткое плечо сплющено, оно-то и закрывает вход в глубину цветка.

Потянется шмель своим хоботком к нектару и обязательно толкнет короткое плечо. А оно тотчас приведет в движение длинное плечо — коромысло. То в свою очередь ударяет по спине шмеля своими пыльниками — вот и сработал рычаг.


В скелете животных и человека все кости, имеющие некоторую свободу движения, являются рычагами, например, у человека – кости конечностей, нижняя челюсть, череп, фаланги пальцев.



Однажды я увидела в журнале рисунок, который захотелось использовать для оформления стенгазеты. Но рисунок был очень маленьким, а мне хотелось сохранить масштаб при увеличении его размеров. Я задумалась, как можно увеличить рисунок до нужных размеров. Оказывается, это можно сделать либо вручную «методом клеток», либо с помощью приборов: эпидиаскопа, или пантографа.

Пантограф (название происходит от двух греческих слов (pantos) – все и qrapho – пишу) – прибор в виде раздвижного шарнирного параллелограмма для перерисовки рисунков, чертежей, схем в другом (увеличенном или уменьшенном масштабе). В основе работы этого прибора тоже лежит рычаг. Важной особенностью пантографа является простота его конструкции и очень высокая «точность» скопированного изображения. Но купить пантограф в магазине оказалось делом не простым. Тогда я решила его изготовить самостоятельно.

Пантографы широко используются в технике.

Так одним из основных видов городского транспорта является трамвай. Большинство трамваев используют электротягу с подачей электроэнергии через воздушную контактную сеть с помощью токоприёмников, чаще всего токоприёмник изготовлен в виде пантографов.

Очень часто пантографы используют в мебели. В этом случае пантограф по представляет собой штангу с подъемным механизмом. Обеспечивая легкий доступ к верхнему ярусу, пантограф способствует более эффективному использованию внутреннего пространства шкафа и лучшей организации хранения вещей.


Практическая часть

Прежде чем изготовить пантограф, я изготовила качели – рычаги.

Качели с перемещаемым сиденьем

Всем известны обычные детские качели рычажного типа, когда 2 ребёнка садятся по разным концам качелей и качаются, поочерёдно отталкиваясь от земли ногами. Но дети бывают разного веса. И обычно лёгкий ребёнок сидит наверху, а тяжёлый перевешивает его. Последний должен больше работать ногами, чтобы качели хоть как-то качались. Чтобы уравнять работу обоих, можно сделать перемещаемое сиденье на конструкции качелей. Тогда в зависимости от веса ребёнка подбирается длина рычага и у обоих детей уравниваются возможности и количество отталкиваний от земли в единицу времени.

1 модель качелей из конструктора «ЛЕГО»:
пустые качели держат равновесие


 

2 модель:
тяжёлый груз перевешивает ребёнка


 

3 модель: При перемещении сидения равновесие снова устанавливается


Изготовление пантографа

Воспользовавшись описанием изготовления пантографа с сайта «Мир самоделок»[5] я купила пластмассовые линейки, болты и гайки и изготовила свой пантограф.






Я изготовила анимационный материал, ссылка на который представлена: https://cloud.mail.ru/home/ВавилинаЕА.mkv

Работая над этим материалом, я не только повторила основные законы, определения. Я узнала много нового о рычагах. Изготовила пантограф и научилась его использовать. Изготовила небольшой анимационный материал.

Пожалуй, самое удивительное, это то, что когда я начала свою работу над проектом для участия во Всероссийском заочном конкурсе для обучающихся «Я учу физику», посвящённого 115-летию А.В. Пёрышкина, я не знала что получится. Оказывается, физические явления вокруг нас словно цепляются друг за друга. Так и хочется сказать: «Все взаимосвязано! А физика самая интересная и увлекательная наука!»


Условия равновесия рычага — формула, правило

Покажем, как применять знание физики в жизни

Начать учиться

Палящее солнце освещает пустыню, но она отнюдь не безлюдна. Миллионы людей строят великую пирамиду Хеопса! Работа изнуряющая, тяжелая, но есть необычный механизм, который позволяет выполнить строительство в срок. Рабочие говорят, что это — подарок богов, который ниспослан им для священного дела: это устройство способно поднять огромный каменный столб усилиями всего пяти строителей.

Представили эту картину? Впечатляюще, правда? Как вы думаете, механизм, о котором идет речь, действительно волшебный или же его действие основано на физических законах?

Сегодня мы разгадаем эту загадку, а еще узнаем:

  • какие механизмы использовали древние строители;

  • что такое рычаг и где он применяется;

  • что такое плечо рычага и момент силы;

  • закон равновесия рычага и золотое правило механики.

Будет интересно, мы обещаем!

Простые механизмы

Строительство домов, памятников, дворцов и фонтанов — дело не из простых, поэтому еще в древние времена люди изобрели механизмы, которые позволяли упростить процесс.

Простые механизмы — это устройства, которые позволяют изменить величину или направление приложенных к ним сил.

В общем случае простой механизм позволяет затратить меньше усилий для выполнения работы, приложить меньшую силу, получив при этом значительный результат.

К простым механизмам относятся рычаги (на основе которых были созданы блоки и ворот), а также наклонная плоскость, принцип действия которой был заложен в работу клина и винтов.

Обычно простые механизмы — это элементы более сложных устройств, которые используются в быту и промышленности. Без них выполнять такую работу, как поднятие тяжелых предметов на высоту, было бы невозможно.

Полезные подарки для родителей

В колесе фортуны — гарантированные призы, которые помогут наладить учебный процесс и выстроить отношения с ребёнком!

Рычаг в физике

Рычаг — это твердое тело, которое может вращаться вокруг неподвижной опоры.

Самый простой пример рычага вы могли видеть в мультфильмах или фильмах: герой подставляет большую доску под камень, опирает ее на бочку или ведро, прикладывает силу к краю доски и… поднимает камень! С помощью такой конструкции можно приподнять любой предмет, весь секрет только в расположении опоры (оси вращения) и правильном распределении усилия.

На рисунке представлен демонстрационный рычаг.  — точка опоры, слева и справа от которой подвешены грузы. Заметим, что количество грузов неравное, но рычаг остается в положении равновесия.

Но главное назначение рычага — не быть в равновесии, а давать выигрыш в силе. Каким образом? Все дело в том, что на рычаг могут действовать разные по величине силы, и точки приложения этих сил располагаются на разном расстоянии от точки опоры. Правильно распределив силы и подобрав расстояние до опоры, можно поднять груз, вес которого намного больше, чем сила, приложенная для его подъёма.

Плечо силы рычага

Плечо силы рычага — это кратчайшее расстояние от точки опоры до точки приложения силы.

На рисунке, который мы рассмотрели, отрезки  и  являются плечом сил  и  соответственно.

Чтобы найти плечо, необходимо из точки опоры опустить перпендикуляр на линию действия силы, длина этого перпендикуляра является плечом данной силы.

Условие равновесия рычага

В каком случае рычаг находится в равновесии? Как необходимо расположить точки приложения сил, чтобы достигнуть этого состояния? Это условие было сформулировано еще много столетий назад.

Рычаг будет находится в равновесии, если силы, действующие на него, обратно пропорциональны плечам этих сил:

, где  и  — приложенные к рычагу силы,  и  — плечи сил  и  соответственно.

Давайте еще раз рассмотрим рисунок:

Предположим, вес одного груза — , а единичный отрезок равен 1 м. Тогда м, м:

Момент силы и рычаги

Правило равновесия рычагов можно переписать, используя понятие «момент силы». Но что это такое?

Момент силы — это произведение величины силы на ее плечо.

В теме 7 класса «Рычаги в физике» вы также можете встретить и другое определение.

Момент силы — физическая величина, характеризующая действие силы на объект, которое вызывает его вращательное движение.

Простыми словами, момент силы — это величина, которая дает характеристику вращательному усилию. Представьте, что вам необходимо закрутить гайку с помощью гаечного ключа. Вы берете ключ, причем автоматически перемещаете руки на его крайнюю часть — так выполнять действие намного проще. Говоря физическим языком, вы увеличиваете плечо силы, чтобы не прикладывать много усилий для закручивания гайки. А еще таким образом вы увеличиваете величину момента вращения.

В физике момент силы обозначается буквой а измеряется в Формула момента силы:

Преобразуем условие равновесия рычагов, умножив накрест по основному свойству пропорции:

а так как то

А значит, сформулировать условие равновесия рычага можно так: рычаг будет находиться в равновесии, когда моменты сил, приложенных к его разным концам, равны.

Задачи

Закрепим пройденный материал, решив парочку задач.

Задача 1

Длина меньшего плеча рычага — 0,05 м, большего — 0,8 м. На меньшее плечо действует 16 H. Какую силу нужно приложить к большему плечу, чтобы уравновесить рычаг (весом рычага можно пренебречь)?

Дано:

Решение:

  1. Запишем формулу равновесия рычага и преобразуем ее, выразив :

  2. Подставим исходные значения и найдем большую силу:

Найти:

— ?

Ответ: 1H

Задача 2

На концах невесомого рычага действуют силы 50 и 250 Н. Расстояние от точки опоры до меньшей силы равно 0,06 м. Определи длину плеча большей силы, если рычаг находится в равновесии.

Дано:

Решение:

  1. Запишем условие равновесия рычага и преобразуем его, выразив :

  2. Подставим исходные значения и найдем длину плеча большей силы:

Найти:

— ?

Ответ: 0,012 м.

Золотое правило механики

Как мы видим, рычаги могут дать значительный выигрыш в силе. Этим свойством пользовались древние строители, когда возводили монументальные сооружения. Но помимо выгоды, есть и достаточно плохая новость: чем больший выигрыш в силе нам нужно получить, тем значительнее должны отличаться плечи сил.

Представьте, что вам необходимо поднять камень в тонну при вашей массе 50 кг. Силы отличаются в 200 раз! А значит, и плечи сил должны отличаться во столько же. Если между камнем и точкой опоры будет 0,5 метра, то расстояние от вас до точки опоры должно быть не менее 100 метров. Придется очень потрудиться, чтобы найти доску такой длины.

Золотое правило механики гласит: во сколько раз мы выигрываем в силе, во столько же раз проигрываем в расстоянии.

Применение рычагов

Рычаги встречаются нам ежедневно в обычной жизни, просто до изучения этой темы вы могли их не замечать. Так, ножницы, щипцы для раскалывания орехов, пинцет, механические весы и весло в лодке являются типичными рычагами: у них есть явная точка опоры и плечи сил.

В теле человека тоже есть система рычагов. К ним можно отнести кости рук, ног, пальцев и даже челюсть и череп. Мышцы руки, такие как бицепс и трицепс, тоже можно назвать рычагами: они участвуют во многих движениях, поочередно растягиваясь и сжимаясь.

Виды рычагов

Рычаги делятся на три вида по своему строению. Рассмотрим каждый из них.

В рычаге первого типа точки приложения сил лежат по разные стороны от точки опоры, силы направлены в одну сторону. Одна из сил стремится повернуть рычаг по часовой стрелке, другая — против часовой стрелки.

Примеры: лом, пила, ножницы, плоскогубцы, детские качели.

В рычаге второго рода обе точки приложения сил лежат по одну сторону от точки опоры, причем одна из сил имеет меньшее плечо. Примером такого рычага является обычная садовая тачка: чтобы поднять груз, находящийся в ней, необходимо направить нашу силу вверх, чуть приподнимая тачку.

Еще к рычагам второго типа можно отнести щипцы для колки орехов, ключ для открывания бутылок.

В рычаге третьего типа обе точки приложения сил лежат по одну сторону от точки опоры, но тело, которое необходимо поднять, имеет большее плечо силы. Чтобы поднять такое тело, нам необходимо приложить силу, во много раз превышающую вес груза. К таким рычагам можно отнести ложку, метлу, заднюю дверь багажника и капот легковых автомобилей.

Великий греческий ученый Архимед как-то сказал: «Дайте мне точку опоры, и я сдвину (переверну) Землю!». Имел ли он в виду, что может действительно создать такой масштабный рычаг, сейчас никто не подтвердит. Но мы точно знаем: уверенность в своих силах и знаниях позволит вам справиться с любым сложным делом. Именно такую уверенность дают онлайн-курсы физики в школе Skysmart. Записывайтесь на уроки, и тогда все вам будет нипочем: и школьные уроки физики, и лабораторные работы, и даже олимпиады. И тогда вы, как и Архимед, сможете сказать про себя: я могу сдвинуть даже Землю!💪

Дарья Вишнякова

К предыдущей статье

Как подготовиться к ОГЭ по физике

К следующей статье

Как подготовиться к ЕГЭ по физике

Получите индивидуальный план обучения физике на бесплатном вводном уроке

На вводном уроке с методистом

  1. Выявим пробелы в знаниях и дадим советы по обучению

  2. Расскажем, как проходят занятия

  3. Подберём курс

Рычаги

Рычаг — это механизм, который можно использовать для приложения большой силы на небольшом расстоянии к одному концу рычага путем приложения небольшой силы на большом расстоянии к другому концу.

Моментное действие с обеих сторон рычага равно и может быть выражено как

F E D E = F L D L (1)

9002 11 (1)

9002 10101112 (1)

111111 (1)

1111111119 (1) 9003 11112 . где

F e = сила усилия (Н, фунты)

F l = сила нагрузки (Н, фунты) (обратите внимание, что вес является силой)

d l = расстояние от груза усилие до точки опоры (м, фут)

d e = расстояние от силы усилия до точки опоры (м, фут)

Силу усилия можно рассчитать, изменив (1) на

2

2 е = F л д л / д E

= M A G DL / DE (1B)

, где

M = масса (кг, Slugs)

A GERERSE GREATER OF GREATES OF GRAITIS OF GREATES OF GRAITION OF GRAITION OF g = GRAITISE OF GREATES OF GRAITION OF g = GREATER OF g = GREATIS 9,81 м/с 2 , 32,17 фут/с 2 )

Калькулятор рычага

Этот калькулятор можно использовать для расчета силы усилия рычага. Его можно использовать как для метрических, так и для имперских единиц, если использование единиц согласовано.

F l — сила нагрузки (Н, кг, фунт)

d l — расстояние от силы нагрузки до точки опоры (м, фут)

1 d сила — расстояние от 900 усилие до точки опоры (м, фут )

  • обратите внимание, что кг — это единицы измерения массы в системе СИ. Подробнее о массе и весе (силе)

сделанный из куска пиломатериала, как показано на рисунке выше. С дистанционной нагрузкой до точки опоры

0,2 м , расстояние силы усилия до точки опоры 2 м и нагрузка на рычаг — половина веса автомобиля 2000 кг — силу усилия можно рассчитать

F e = (0,5 2000 кг ) (9,81 м / с 2 ) (0,2 м) / (2 м)

= 981 N

≈ 100 кг

Заказы лечев. находится между усилием и нагрузкой

  • усилие меньше нагрузки
  • усилие перемещается дальше нагрузки
  • рычаг можно рассматривать как усилитель силы
  • рычаги второго порядка
    • усилие и нагрузка расположены на одной стороне точки опоры, но приложенные в противоположных направлениях
    • нагрузка лежит между усилием и точкой опоры
    • усилие меньше нагрузки
    • усилие перемещается дальше нагрузки
    • рычаг можно рассматривать как усилитель силы
    Рычаги третьего порядка
    • усилие лежит между грузом и точкой опоры
    • усилие больше, чем груз
    • груз движется дальше, чем усилие
    • рычаг можно рассматривать как увеличительное стекло

    Пример — Рычаг первого класса (порядка) — Сила (вес)

    1 фунт действует на конец рычага на расстоянии 1 фут от точки опоры

    Сила усилия на расстоянии 2 фута от точки опоры может быть рассчитана как

    F e = (1 фунт) (1 фут) / (2 фута)

     )

    Формула (1) может быть изменена, чтобы выразить требуемую нагрузку, если известно усилие, или требуемое расстояние от точки опоры, если известны нагрузка и усилие, и так далее.

    Уровень выше точки опоры, расположенной между нагрузкой и усилием, часто характеризуется как первоклассный механизм уровня .

    Уровень, в котором нагрузка и усилие расположены на одной стороне точки опоры, часто характеризуется как механизм уровня второго класса .

    Пример — Рычаг второго класса (порядок)

    Сила (вес) 1 фунт действует на расстоянии 1 фут от точки опоры.

    Сила усилия на расстоянии 2 футов от точки опоры может быть рассчитана как

    F e = (1 фунт) (1 (фут) / (2 фута)

        = 0,5 (фунт)

    масса, действующая

    1 м от точки опоры

    Сила усилия на расстоянии 2 м от точки опоры может быть рассчитана как ) (1 м) / (2 м)

        = 4,9 Н

    Рычажный механизм, в котором входное усилие превышает выходную нагрузку, часто характеризуется как рычажный механизм третьего класса .

    Пример — Рычаг третьего класса (порядок)

    Сила (вес) 1 фунт действует на расстоянии 2 фута от точки опоры.

    Сила усилия на расстоянии 1 фут от точки опоры может быть рассчитана как

    F e = F l D L / D E

    = (1 фунт) (2 фута) / (1 фут)

    = 2 (фунт)

    ОДНО Рычаг

    Рычаг с двумя действующими нагрузками и одним усилием показан на рисунке ниже:

    Общее уравнение для одного усилия с одним или несколькими действующими усилиями нагрузки может быть выражено как

    F e = (F лА D LA + F LB D LB + .. + F LN D LN ) / D E (2)

    Это уравнение для трех аккурсий.

    Пример. Рычаг с тремя действующими нагрузками и одной силой усилия

    Груз A из 1 фунт действует на расстоянии 1 фут от точки опоры. Вес B из 2 фунта приложен на расстоянии 2 фута от точки опоры, а вес C из 3 фунта приложен на расстоянии 3 фута от точки опоры.

    Сила усилий на расстоянии 2 фута от FULCRUM может быть рассчитана как

    F E = (F LA D LA + F LB D LB + 6 F D LB + 6 F D l C d lC ) / d e

        = ((1 фунт) (1 фут) + (2 фунта) (2 фута) + (3 фунта) (3 фута)) / (2 фута)

        = 7 (фунт)

    Рычаги и крутящий момент

    Рычаги и крутящий момент

    Рычаги и крутящий момент

    Цели
    • Рычаги исследования
    • Рассчитать крутящий момент
    • Рассчитать механическое преимущество
    Настройка
    • Метровый стержень
    • Пружинная шкала
    • Строка
    • Масса.
    Теория

    Рычаги используют крутящий момент, чтобы помочь нам поднимать или перемещать предметы. Крутящий момент крестовина Произведение силы на расстояние силы от точки опоры (центральная точка вокруг которого вращается система). Перекрестное произведение принимает только компонент сила, действующая перпендикулярно расстоянию. С помощью тригонометрии определяется крутящий момент как:

    Крутящий момент = сила × расстояние до точки опоры × грех (θ)

    Помните, что работа была также силой, умноженной на расстояние, но это была точка произведения и использовали косинус угла между силой и расстоянием: сила × расстояние × соз (θ).

    В этой лаборатории сила будет перпендикулярна (90°) расстоянию. синус 90° равен единице, поэтому крутящий момент будет:

    Крутящий момент = Сила × Расстояние до точки опоры × sin (θ)
    Крутящий момент = Сила × Расстояние до точки опоры × sin (90°)
    Крутящий момент = Сила × Расстояние до точки опоры × 1
    Крутящий момент = Сила × Расстояние до точки опоры

    Процедура, сбор данных и расчеты
    Рычаги класса I пробные один: d
    e = d r

    В рычаге первого класса точка опоры находится между силой сопротивления (F r ) и сила усилия (F e ). В классе один рычаг сила усилие (F e ), умноженное на расстояние усилия от точки опоры (d и ) равна силе сопротивления (F r ), умноженной на расстояние сопротивление от точки опоры (d r ). Усилие и сопротивление включены противоположные стороны точки опоры. Плоскогубцы являются примером рычага первого класса.

    На схеме масса обеспечивает сопротивление, пружинная шкала измеряет наше усилия. Пружинная шкала откалибрована в граммах. грамм не является единицей сила сама по себе, но в этой лаборатории мы будем использовать термин «грамм-сила» как сила, действующая на один грамм на поверхности Земли за счет ускорения свободного падения. Один «грамм-сила» будет эквивалентна 980 см/сек 2 (дин).

    для диаграммы: F E × D E = F R × D R
    Механическое преимущество = F R /F E

    1. HANG A 200 GRAM 3
        . см, повесьте пружинную шкалу на отметке 90 см, подвесьте метровую рейку к отметке 50 см.
      1. Найдите F e , d e , F r , d r в граммах силы. К определить грамм-силу массы (F r ) используйте весы балансира. д д и d r должна быть 40 см при правильной установке. F e можно прочитать из весенняя граммовая шкала напрямую.
      2. Вычислить F e × d e и F r × d r .
      3. Укажите, является ли F e × d e = F r × d r .
      4. Рассчитайте механическое преимущество F r /F e .
      Ф и д д F e × d e Ф р д р F R × D R F e d e = F r d r ? М. А.
      ________ ________ ________ ________ ________ ________ Да | № ________
      Класс I Рычаги пробные два: d
      e > d r

      для диаграммы: F E × D E = F R × D R
      Механическое преимущество = F R /F E

      1. MASSES TOS 500 63
        1. . две гири по 200 грамм связаны вместе.
        2. Поместите груз массой 500 грамм на отметку 10 см, а пружинные весы на отметку 9.отметка 0 см, подвеска метровая палочка от отметки 30 см.
        3. Найдите F e , d e , F r , d r в граммах силы.
        4. Вычислить F e × d e и F r × d r .
        5. Укажите, является ли F e × d e = F r × d r .
        6. Рассчитайте механическое преимущество F r /F e .
        Ф е д д F e × d e Ф р д р F R × D R F e d e = F r d r ? М.А.
        ________ ________ ________ ________ ________ ________ Да | № ________
        Рычаги класса II

        В рычаге второго класса сопротивление находится между силой усилия и точка опоры. В рычаге второго класса сила усилия, умноженная на расстояние усилие от точки опоры противоположно и равно силе сопротивления умножается на расстояние сопротивления от точки опоры. Усилия и сопротивления находятся по одну сторону от точки опоры, но направлены в противоположные стороны.

        Расстояние усилия (также иногда называемое «плечом усилия») на длиннее чем расстояние сопротивления.

        Тачки и гигантские шесты для копания таро (когда мы нажимаем на шест) являются примерами рычаги второго класса.

        Обратите внимание, что наш выбор дауна как положительного в первой части лаборатории означает, что up теперь отрицателен в этом разделе. Итак, F e — отрицательная сила. Запишите F e как отрицательное значение в таблице, а затем -F e × d и будут будь позитивным.

        Для диаграммы: -F e × d e = F r × d r
        Механическое преимущество = |F r /F e | где | означает «абсолютный значение.» Механическое преимущество всегда положительно.

        1. Переместите 500 граммовую гирю (или две 200-граммовые гири) примерно на 30 см отметку и пружинную шкалу на отметке 90 см, подвешивают измерительную рейку к отметке 10 см. Возможно, вам придется отрегулировать положение груза в соответствии со способностями вашего тела. пружинная шкала для обеспечения точных показаний. Вы хотите избежать необходимости читать либо очень маленькое усилие в грамме или усилие в грамме слишком велико для вашей весовой шкалы. Если вы отрегулируете позиции, не забудьте измерить фактический d e и d r вы используете!
        2. Найдите F e , d e , F r , d r в граммах силы.
        3. Вычислить F e × d e и F r × d r .
        4. Укажите, является ли -F e × d e = F r × d r .
        5. Рассчитайте механическое преимущество F r /F e .
        F и д д -F e × d e Ф р д р F R × D R -F e d e = F r d r ? М. А.
        ________ ________ ________ ________ ________ ________ Да | № ________
        Рычаги класса III

        В рычаге третьего класса сопротивление находится между силой усилия и точка опоры. В рычаге третьего класса сила усилия, умноженная на расстояние усилие от точки опоры противоположно и равно силе сопротивления умножается на расстояние сопротивления от точки опоры. Усилия и сопротивления находятся по одну сторону от точки опоры, но направлены в противоположные стороны.

        Расстояние усилия (также иногда называемое «плечом усилия») на короче чем расстояние сопротивления.

        Для диаграммы: -F e × d e = F r × d r
        Механическое преимущество = |F r /F e | где | означает «абсолютный значение.» Механическое преимущество всегда положительно.

        1. Переключиться на массу 100 грамм.
        2. Переместите 100-граммовую гирю на отметку 90 см, а пружинную шкалу — примерно на 65 см. см до отметки 70 см, держа измерительную рейку подвешенной к отметке 10 см. Снова при необходимости отрегулируйте шкалу пружины и положения массы, чтобы получить точные показания Весенняя шкала.
        3. Найдите F e , d e , F r , d r в граммах силы.
        4. Вычислить F e × d e и F r × d r .
        5. Укажите, является ли -F e × d e = F r × d r .
        6. Рассчитайте механическое преимущество F r /F e .
        F и д д -F e × d e Ф р д р F R × D R -F e d e = F r d r ? М. А.
        ________ ________ ________ ________ ________ ________ Да | № ________

        В рычаге класса III механическое преимущество можно назвать механическим недостаток. Почему? (Предложение: рассмотрите силу усилия, меньше силы сопротивления или больше силы сопротивления?)

        Обратите внимание, что нижняя часть руки человека представляет собой рычаг третьего класса: бицепс, прикрепленный чуть ниже локоть, может использоваться для подъема веса, удерживаемого рукой в ​​конце нижнего рука.

        Непрерывные рычаги: отвертки

        Отвертка на самом деле представляет собой форму рычага, в котором рукоятка с большим радиусом обеспечивает механическое преимущество при повороте лезвия с меньшим радиусом. Все виды циркулярки. устройства используют эту форму механического преимущества. Круглые ручки водяного клапана, шина утюги, торцевые ключи, гаечные ключи и многие другие предметы используют это время круговой рычаг.