Wat is de hefboombalansregel. Hefboom

Weet je wat een blok is? Dit is zo'n rond apparaat met een haak, waarmee op bouwplaatsen lasten tot een hoogte worden gehesen.

Lijkt het op een hefboom? Nauwelijks. Het blok is echter ook een eenvoudig mechanisme. Bovendien kunnen we praten over de toepasbaarheid van de wet van evenwicht van de hefboom op het blok. Hoe is dit mogelijk? Laten we het uitzoeken.

Toepassing van de wet van evenwicht

Het blok is een apparaat dat bestaat uit een wiel met een groef waar een kabel, touw of ketting doorheen gaat, evenals een clip met een haak die aan de as van het wiel is bevestigd. Het blok kan vast en verplaatsbaar zijn. Een vast blok heeft een vaste as en beweegt niet bij het heffen of laten zakken van een last. Het vaste blok helpt om de richting van de kracht te veranderen. Nadat we een touw over zo'n blok hebben gegooid dat aan de bovenkant hangt, kunnen we de lading optillen en tegelijkertijd beneden zijn. Het gebruik van een vast blok levert ons echter geen krachtswinst op. We kunnen ons het blok voorstellen als een hefboom die rond een vaste steun draait - de as van het blok. Dan is de straal van het blok gelijk aan de schouders van de krachten die van beide kanten worden uitgeoefend - de trekkracht van ons touw met een last aan de ene kant en de zwaartekracht van de last aan de andere kant. De schouders zullen respectievelijk gelijk zijn, er is geen winst in kracht.

Bij de verplaatsbare eenheid is de situatie anders. Het beweegbare blok beweegt met de last mee, alsof het op het touw ligt. In dit geval bevindt het steunpunt zich op elk moment op het contactpunt van het blok met het touw aan één kant, de impact van de belasting wordt uitgeoefend op het midden van het blok, waar het aan de as is bevestigd en de trekkracht wordt uitgeoefend op het contactpunt met het touw aan de andere kant van het blok. ... Dat wil zeggen, de schouder van het lichaamsgewicht zal de straal van het blok zijn en de schouder van onze trekkracht zal de diameter zijn. De diameter, zoals u weet, is respectievelijk tweemaal de straal, de schouders verschillen twee keer in lengte en de krachttoename die wordt verkregen met behulp van het beweegbare blok is gelijk aan twee. In de praktijk wordt een combinatie van een vast blok met een beweegbaar blok gebruikt. Een vast blok bovenaan geeft geen krachtswinst, maar helpt om de last op te tillen terwijl je eronder staat. En het beweegbare blok, dat met de last meebeweegt, verdubbelt de uitgeoefende kracht, waardoor grote lasten naar een hoogte kunnen worden getild.

De gouden regel van de mechanica

De vraag rijst: leveren de gebruikte apparaten werkwinst op? Arbeid is het product van de door de uitgeoefende kracht afgelegde afstand. Beschouw een hefboom met armen die de helft van de lengte van de arm verschillen. Deze hefboomwerking geeft ons tweemaal de krachttoename, maar tweemaal de schouder zal tweemaal de afstand afleggen. Dat wil zeggen, ondanks de winst in kracht, zal het verrichte werk hetzelfde zijn. Dit is de gelijkheid van werk bij het gebruik van eenvoudige mechanismen: hoe vaak winnen we aan kracht, hoe vaak verliezen we in afstand. Deze regel wordt de gouden regel van de mechanica genoemd., en het is van toepassing op absoluut alle eenvoudige mechanismen. Daarom vergemakkelijken eenvoudige mechanismen het werk van een persoon, maar verminderen ze niet het werk dat hij doet. Ze helpen gewoon om sommige soorten inspanningen om te zetten in andere die handiger zijn in een bepaalde situatie.

secties: Fysica

Soort les: een les in het beheersen van nieuw materiaal

Lesdoelen:

• Leerzaam:
  • kennismaking met het gebruik van eenvoudige mechanismen in natuur en techniek;
  • vaardigheden ontwikkelen in het analyseren van informatiebronnen;
  • om experimenteel de evenwichtsregel van de hefboom vast te stellen;
  • het vermogen van studenten te vormen om experimenten (experimenten) uit te voeren en daaruit conclusies te trekken.
• Ontwikkelen:
  • het vermogen ontwikkelen om te observeren, analyseren, vergelijken, generaliseren, classificeren, diagrammen opstellen, conclusies formuleren op basis van het bestudeerde materiaal;
  • cognitieve interesse, onafhankelijkheid van denken en intelligentie ontwikkelen;
  • bekwame mondelinge spraak ontwikkelen;
  • praktische vaardigheden ontwikkelen.
• Leerzaam:
  • morele opvoeding: liefde voor de natuur, een gevoel van kameraadschappelijke wederzijdse hulp, ethiek van groepswerk;
  • cultuureducatie in de organisatie van educatief werk.

Basisconcepten:

• mechanismen
• hefboom
• schouder kracht
• blok
• hek
• Hellend vlak
• wig
• schroef

Apparatuur: computer, presentatie, hand-outs (werkkaarten), een hendel op een statief, een set gewichten, een laboratoriumset over het onderwerp "Mechanica, eenvoudige mechanismen".

TIJDENS DE LESSEN

I. Organisatorische fase

1. Groeten.
2. Bepaling van de afwezige.
3. Controleren of leerlingen klaar zijn voor de les.
4. Controleren of de klas klaar is voor de les.
5. Organisatie van aandacht .

II. Huiswerkcontrole fase

1. Het feit onthullen dat huiswerk door de hele klas is gemaakt.
2. Visuele controle van opdrachten in het werkboek.
3. Verduidelijking van de redenen voor het niet uitvoeren van de opdracht door individuele studenten.
4. Vragen over huiswerk.

III. Het stadium waarin studenten worden voorbereid op de actieve en bewuste assimilatie van nieuw materiaal

"Ik zou de aarde kunnen draaien met een hefboom, geef me gewoon een steunpunt"

Archimedes

Raad de raadsels:

1. Twee ringen, twee uiteinden en een knop in het midden. ( Schaar)

2. Twee zussen zwaaiden - ze zochten de waarheid, en toen ze die bereikten, stopten ze. ( schubben)

3. Bogen, strikken - komt thuis - strekt zich uit. ( Bijl)

4. Wat voor wonderreus?
Reikt uit naar de wolken
Bezig met arbeid:
Helpt bij het bouwen van een huis. ( Hijskraan)

- Bekijk de antwoorden nog eens goed en benoem ze in één woord. "Gereedschap, machine" vertaald uit het Grieks betekent "mechanismen".

Mechanisme- van het Griekse woord "???? v?" - kanon, bouw.
Auto- van het Latijnse woord " machinaal " – bouw.

- Het blijkt dat een gewone stok het eenvoudigste mechanisme is. Wie weet hoe het heet?
- Laten we samen het onderwerp van de les formuleren:….
- Open notitieboekjes, noteer het nummer en het onderwerp van de les: “Eenvoudige mechanismen. Hefboom evenwicht voorwaarden ”.
- Welk doel moeten we vandaag met je stellen in de les ...

IV. Het stadium van assimilatie van nieuwe kennis

"Ik zou de aarde met een hefboom kunnen draaien, geef me gewoon een steunpunt" - deze woorden, die het motto van onze les zijn, zei Archimedes meer dan 2000 jaar geleden. En mensen herinneren ze zich nog en geven ze van mond tot mond door. Waarom? Had Archimedes gelijk?

- Hefbomen werden in de oudheid door mensen gebruikt.
- Wat denk je, waar zijn ze voor?
- Natuurlijk, om het werk gemakkelijker te maken.
- De eerste persoon die de hendel gebruikte, was onze verre prehistorische voorouder, die een stok gebruikte om zware stenen van hun plaats te verplaatsen op zoek naar eetbare wortels of kleine dieren die zich onder de wortels verstopten. Ja, ja, een gewone stok, die een draaipunt heeft waar hij omheen gedraaid kan worden, is immers een echte hefboom.
Er is veel bewijs dat in oude landen - Babylon, Egypte, Griekenland - bouwers op grote schaal hefbomen gebruikten bij het optillen en vervoeren van standbeelden, zuilen en enorme stenen. In die tijd hadden ze geen idee van de wet van een hefboom, maar ze wisten al heel goed dat een hefboom in bekwame handen een zware last in een lichte verandert.
Hefboom- is een integraal onderdeel van bijna elke moderne machine, werktuigmachine, mechanisme. De graafmachine graaft een greppel - zijn ijzeren "hand" met een emmer fungeert als een hefboom. De chauffeur verandert de snelheid van de auto met behulp van de versnellingspook. De apotheker weegt de poeders op de farmaceutische zeer nauwkeurige weegschaal, het belangrijkste onderdeel van deze weegschaal is de hendel.
Bij het opgraven van de bedden in de tuin wordt de schop in onze handen ook een hefboom. Alle soorten tuimelaars, handvatten en kragen zijn allemaal hefbomen.

- Laten we kennis maken met eenvoudige mechanismen.

De klas is verdeeld in zes experimentele groepen:

De eerste is het bestuderen van het hellend vlak.
2e onderzoekt de hendel.
3e studieblok.
4e onderzoekt de poort.
5e bestudeert de wig.
6e bestudeert de schroef.

Het werk wordt uitgevoerd volgens de beschrijving die aan elke groep wordt aangeboden in de werkkaart. ( bijlage 1 )

Op basis van de antwoorden van de leerlingen maken we een schema. ( Bijlage 2 )

- Welke mechanismen heb je ontmoet ...
- Waar zijn eenvoudige mechanismen voor? ...

Hefboom- een star lichaam dat rond een vaste steun kan draaien. In de praktijk kan een stok, plank, koevoet etc. de rol van hefboom spelen.
De arm heeft een steunpunt en een schouder. Schouder Is de kortste afstand van het draaipunt tot de werklijn van de kracht (d.w.z. de loodlijn die van het draaipunt naar de werklijn van de kracht is gevallen).
Gewoonlijk kunnen de krachten die op de hefboom worden uitgeoefend worden beschouwd als het gewicht van de lichamen. We zullen een van de krachten de weerstandskracht noemen, de andere - de drijvende kracht.
Op de afbeelding ( Bijlage 4 ) zie je een gelijke arm die wordt gebruikt om de krachten te balanceren. Een voorbeeld van een dergelijke hefboomtoepassing is een balans. Wat denk je dat er zal gebeuren als een van de krachten verdubbelt?
Dat klopt, de weegschaal zal uit balans raken (ik laat het op een gewone weegschaal zien).
Denk je dat er een manier is om meer kracht in evenwicht te brengen met minder?

Jongens, ik stel jullie voor in de cursus mini-experiment de toestand van de balans van de hefboom afleiden.

Experiment

Op de tafels staan ​​laboratoriumhendels. Laten we samen met u uitzoeken wanneer de hefboom in balans is.
Hang hiervoor één gewicht aan de haak aan de rechterkant op een afstand van 15 cm van de as.

• Breng de hendel in evenwicht met één gewicht. Meet je linkerschouder.
• Breng de hendel in evenwicht met twee gewichten. Meet je linkerschouder.
• Breng de hendel in evenwicht met drie gewichten. Meet je linkerschouder.
• Breng de hendel in evenwicht met vier gewichten. Meet je linkerschouder.

- Welke conclusies kunnen worden getrokken:

• Waar de kracht groter is, is de schouder minder.
• Hoe vaak de kracht is toegenomen, hoe vaak de schouder is afgenomen,

- Laten we formuleren hefboom evenwicht regel:

De hefboom is in balans wanneer de krachten die erop werken omgekeerd evenredig zijn met de schouders van deze krachten.

- Probeer nu deze regel wiskundig te schrijven, dat wil zeggen de formule:

F 1 l 1 = F 2 l 2 => F 1 / F 2 = l 2 / l 1

De balansregel van de hefboom is vastgesteld door Archimedes.
Deze regel houdt in: dat een kleinere kracht kan worden gecompenseerd door een hefboom met een grotere kracht.

Ontspanning: Sluit je ogen en bedek ze met je handpalmen. Stel je een vel wit papier voor en probeer er mentaal je voor- en achternaam op te schrijven. Zet aan het einde van de opname een punt. Vergeet nu de letters en onthoud alleen het punt. Het zou voor jou moeten lijken alsof je van links naar rechts beweegt met langzaam en licht zwaaien. Je bent ontspannen ... verwijder je handpalmen, open je ogen, we keren terug naar de echte wereld vol kracht en energie.

V. De fase van consolidering van nieuwe kennis

1. Ga door met de zin ...

• De hendel is... stijf lichaam dat kan draaien om een ​​vaste steun
• De hefboom is in evenwicht als ... de krachten die op hem inwerken zijn omgekeerd evenredig met de schouders van deze krachten.
• De schouder van kracht is... de kortste afstand van het draaipunt tot de werklijn van de kracht (d.w.z. de loodlijn die van het draaipunt naar de werklijn van de kracht is gevallen).
• Kracht wordt gemeten in ...
• De schouder van kracht wordt gemeten in ...
• Eenvoudige mechanismen omvatten ... hefboom en zijn variëteiten: - wig, schroef; hellend vlak en zijn variëteiten: wig, schroef.
• Er zijn eenvoudige mechanismen nodig voor ... om de macht te krijgen

2. Vul de tabel (zelf) in:

Vind eenvoudige mechanismen in apparaten

P / p Nr.	Toestelnaam	Eenvoudige mechanismen
1	schaar
2	vleesmolen
3	zaag
4	trap
5	Bout
6	tang,
7	schubben
8	bijl
9	jack
10	boormachine
11	naaimachinehandvat, fietspedaal of handrem, pianotoetsen
12	beitel, mes, spijker, naald.

INTERCONTROLE

Zet de beoordeling na de peer review over op de zelfbeoordelingskaart.

Had Archimedes gelijk?

Archimedes was er zeker van dat er niet zo'n zware last was die een persoon niet kon tillen - je hoeft alleen maar de hendel te gebruiken.
Maar Archimedes overdreef menselijke vermogens... Als Archimedes had geweten hoe groot de massa van de aarde is, zou hij zich waarschijnlijk hebben onthouden van de uitroep die hem door de legende wordt toegeschreven: "Geef me een steunpunt en ik zal de aarde optillen!" Inderdaad, om de aarde slechts 1 cm te verplaatsen, zou de hand van Archimedes 10 18 km moeten afleggen. Het blijkt dat om de aarde een millimeter te verplaatsen, de lange hefboomarm groter moet zijn dan de korte, namelijk 100.000.000.000 biljoen. een keer! Het einde van deze schouder zou een pad van 1.000.000 biljoen hebben afgelegd. kilometer (ongeveer). En op zo'n weg zou een mens vele miljoenen jaren nodig hebben! .. Maar dit is het onderwerp van een andere les.

Vi. Informatiepodium voor leerlingen over huiswerk, instructies om het te maken

1. Samenvattend: wat is er nieuw geleerd in de les, hoe de klas werkte, wie van de studenten bijzonder ijverig werkte (cijfers).

2. Huiswerk

Iedereen: § 55-56
Voor degenen die willen: een kruiswoordpuzzel samenstellen over het onderwerp "Eenvoudige mechanismen bij mij thuis"
Individueel: bereid een boodschap of presentatie voor "Levers in Wildlife", "The Power of Our Hands".

- De les is voorbij! Tot ziens, alle goeds voor jou!

Een hefboom is een stijf lichaam dat rond een vast punt kan draaien.

Het vaste punt wordt het draaipunt genoemd.

Een bekend voorbeeld van een hefboom is een schommel (fig. 25.1).

Wanneer houden twee op een schommel elkaar in evenwicht? Laten we beginnen met observaties. U hebt natuurlijk gemerkt dat twee mensen op een schommel elkaar in evenwicht houden als ze ongeveer hetzelfde gewicht hebben en zich ongeveer op dezelfde afstand van het draaipunt bevinden (Fig. 25.1, a).

Rijst. 25.1. De voorwaarde voor de balans van de schommel: a - mensen met een gelijk gewicht houden elkaar in evenwicht als ze op gelijke afstand van het draaipunt zitten; b - mensen met verschillende gewichten houden elkaar in evenwicht wanneer de zwaardere dichter bij het steunpunt zit

Als deze twee zeer verschillend in gewicht zijn, houden ze elkaar alleen in evenwicht op voorwaarde dat de zwaardere veel dichter bij het steunpunt zit (Fig. 25.1, b).

Laten we nu overgaan van waarnemingen naar experimenten: we zullen experimenteel de voorwaarden voor het evenwicht van de hefboom vinden.

Laten we ervaring plaatsen

De ervaring leert dat gewichten van hetzelfde gewicht de hefboom in evenwicht houden als ze op gelijke afstanden van het draaipunt worden opgehangen (Fig. 25.2, a).

Als de lasten verschillende gewichten hebben, dan is de hefboom in evenwicht wanneer de zwaardere last even vaak dichter bij het draaipunt is als het gewicht van de lichte last groter is dan het gewicht van de lichte last (Figuur 25.2, b, c).

Rijst. 25.2. Experimenten om de evenwichtstoestand van de hefboom te vinden

Hefboom evenwichtstoestand. De afstand van het draaipunt tot de rechte lijn waarlangs de kracht werkt, wordt de schouder van deze kracht genoemd. Laten we met F 1 en F 2 de krachten aanduiden die op de hefboom werken vanaf de zijkant van de gewichten (zie de diagrammen aan de rechterkant van Fig. 25.2). De schouders van deze krachten worden respectievelijk aangeduid met l 1 en l 2. Onze experimenten hebben aangetoond dat de hefboom in evenwicht is als de krachten F 1 en F 2 die op de hefboom worden uitgeoefend de neiging hebben om deze in tegengestelde richtingen te draaien, en de moduli van de krachten omgekeerd evenredig zijn met de armen van deze krachten:

F 1 / F 2 = l 2 / l 1.

Deze voorwaarde voor het evenwicht van de hefboom werd experimenteel vastgesteld door Archimedes in de 3e eeuw voor Christus. e.

U kunt de evenwichtstoestand van de hefboom experimenteel bestuderen in laboratoriumwerk nr. 11.

Een hefboom is een stijf lichaam dat rond een vast punt kan draaien. Het vaste punt heet steunpunt... De afstand van het draaipunt tot de werklijn van de kracht wordt genoemd schouder deze kracht.

Hefboom evenwichtstoestand:: de hefboom is in evenwicht als de op de hefboom uitgeoefende krachten F1 en F 2 neiging om het in tegengestelde richtingen te roteren, en de moduli van krachten zijn omgekeerd evenredig met de armen van deze krachten: F 1 / F 2 = l2 / l1 Deze regel is ingesteld door Archimedes. Volgens de legende riep hij uit: Geef me een voet aan de grond en ik zal de aarde verhogen .

Voor de hendel, "Gouden regel" van de mechanica (als je de wrijving en massa van de hendel kunt verwaarlozen).

Door enige kracht uit te oefenen op de lange hendel, kunt u met het andere uiteinde van de hendel een last optillen, waarvan het gewicht veel groter is dan deze kracht. Dit betekent dat u door gebruik te maken van hefboomwerking, u sterker kunt maken. Wanneer hefboomwerking wordt gebruikt, gaat de winst in kracht noodzakelijkerwijs gepaard met hetzelfde verlies.

Moment van kracht. Regel van de momenten

Het product van de krachtmodulus op haar schouder heet moment van macht.M = Fl , waarbij M het krachtmoment is, F de kracht is, l de schouder van de kracht.

Regel van de momenten: de hefboom is in evenwicht als de som van de krachten die de hefboom in de ene richting neigen te draaien gelijk is aan de som van de krachten die de hefboom in de tegenovergestelde richting doen draaien. Deze regel geldt voor elk star lichaam dat rond een vaste as kan draaien.

Het krachtmoment kenmerkt de roterende actie van de kracht. Deze actie hangt af van zowel kracht als haar schouder. Daarom proberen ze bijvoorbeeld bij het openen van een deur kracht zo ver mogelijk van de draaiingsas af te zetten. Met behulp van een kleine kracht wordt een belangrijk moment gecreëerd en gaat de deur open. Het is veel moeilijker om het te openen door druk uit te oefenen rond de scharnieren. Om dezelfde reden is het gemakkelijker om een ​​moer los te draaien met een langere sleutel, een schroef kan gemakkelijker losgemaakt worden met een schroevendraaier met een bredere handgreep, enz.

De eenheid van het krachtmoment in SI is newtonmeter (1N*m). Dit is een krachtmoment van 1 N met een schouder van 1 m.