Điều kiện để đòn bẩy cân bằng là Cánh tay đòn

Đòn bẩy là một vật rắn có thể quay quanh một điểm cố định.

Điểm cố định được gọi là điểm tựa.

Một ví dụ nổi tiếng về đòn bẩy là chiếc xích đu (Hình 25.1).

Khi nào hai người chơi bập bênh giữ thăng bằng cho nhau? Hãy bắt đầu với những quan sát. Tất nhiên, bạn đã nhận thấy rằng hai người trên xích đu giữ thăng bằng với nhau nếu họ có cùng trọng lượng và ở khoảng cách gần như nhau đến điểm tựa (Hình 25.1, a).

Cơm. 25.1. Điều kiện cân bằng của một cú đu: a - Những người có trọng lượng bằng nhau giữ thăng bằng cho nhau khi ngồi cách điểm tựa một khoảng bằng nhau; b - Những người có trọng lượng khác nhau giữ thăng bằng khi người nặng hơn ngồi gần điểm tựa

Nếu hai cái này có trọng lượng rất khác nhau, chúng chỉ cân bằng với nhau nếu cái nặng hơn nằm gần điểm tựa hơn nhiều (Hình 25.1, b).

Bây giờ chúng ta chuyển từ quan sát sang thí nghiệm: chúng ta hãy tìm bằng thực nghiệm các điều kiện để đòn bẩy cân bằng.

Hãy rút kinh nghiệm

Kinh nghiệm cho thấy rằng các tải có trọng lượng bằng nhau sẽ cân bằng đòn bẩy nếu chúng được treo ở những khoảng cách bằng nhau tính từ điểm tựa (Hình 25.2, a).

Nếu các tải trọng có trọng lượng khác nhau thì đòn bẩy ở trạng thái cân bằng khi tải nặng hơn ở gần điểm tựa gấp nhiều lần khi trọng lượng của nó lớn hơn trọng lượng phổi hàng hóa (Hình 25.2, b, c).

Cơm. 25.2. Thí nghiệm tìm trạng thái cân bằng của đòn bẩy

Đòn bẩy điều kiện cân bằng. Khoảng cách từ điểm tựa đến đường thẳng mà lực tác dụng gọi là cánh tay của lực này. Chúng ta hãy ký hiệu F 1 và F 2 các lực tác dụng lên đòn bẩy từ phía của tải trọng (xem sơ đồ bên phải của Hình 25.2). Chúng ta hãy ký hiệu vai của các lực này lần lượt là l 1 và l 2. Các thí nghiệm của chúng tôi đã chỉ ra rằng đòn bẩy ở trạng thái cân bằng nếu các lực F 1 và F 2 tác dụng lên đòn bẩy có xu hướng làm nó quay ngược chiều nhau và mô đun của các lực tỷ lệ nghịch với các cánh của các lực này:

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

Điều kiện cân bằng đòn bẩy này được Archimedes thiết lập bằng thực nghiệm vào thế kỷ thứ 3 trước Công nguyên. đ.

Bạn có thể nghiên cứu thực nghiệm điều kiện cân bằng của đòn bẩy trong công việc trong phòng thí nghiệm № 11.

Phần: Vật lý

Loại bài học: bài học về học tài liệu mới

Mục tiêu bài học:

• giáo dục:
  • làm quen với việc sử dụng các cơ chế đơn giản trong tự nhiên và công nghệ;
  • phát triển kỹ năng phân tích nguồn thông tin;
  • thiết lập bằng thực nghiệm quy luật cân bằng đòn bẩy;
  • phát triển khả năng tiến hành thí nghiệm (thí nghiệm) của học sinh và rút ra kết luận từ đó.
• giáo dục:
  • phát triển kỹ năng quan sát, phân tích, so sánh, khái quát hóa, phân loại, vẽ sơ đồ, đưa ra kết luận dựa trên tài liệu đã học;
  • phát triển hứng thú nhận thức, tính độc lập trong tư duy và trí thông minh;
  • phát triển khả năng nói có thẩm quyền;
  • phát triển kỹ năng làm việc thực tế.
• giáo dục:
  • giáo dục đạo đức: tình yêu thiên nhiên, tinh thần tương thân tương ái, đạo đức làm việc nhóm;
  • nuôi dưỡng văn hóa trong tổ chức công tác giáo dục.

Các khái niệm cơ bản:

• cơ chế
• cánh tay đòn
• sức mạnh của vai
• khối
• cổng
• mặt phẳng nghiêng
• cái nêm
• Đinh ốc

Thiết bị: máy tính, thuyết trình, tài liệu phát tay (thẻ làm việc), đòn bẩy trên giá ba chân, bộ tạ, bộ dụng cụ thí nghiệm về chủ đề “Cơ học, cơ chế đơn giản».

TRONG LỚP HỌC

I. Giai đoạn tổ chức

1. Lời chào.
2. Xác định người vắng mặt.
3. Kiểm tra sự sẵn sàng vào bài của học sinh.
4. Kiểm tra sự chuẩn bị của lớp cho bài học.
5. Tổ chức sự chú ý .

II. Giai đoạn kiểm tra bài tập về nhà

1. Tiết lộ cả lớp đã hoàn thành bài tập về nhà.
2. Kiểm tra trực quan các nhiệm vụ trong sổ làm việc.
3. Tìm hiểu nguyên nhân học sinh chưa hoàn thành nhiệm vụ.
4. Câu hỏi về bài tập về nhà.

III. Giai đoạn chuẩn bị cho học sinh tiếp thu kiến ​​thức mới một cách chủ động và có ý thức

“Tôi có thể xoay Trái Đất bằng một đòn bẩy, chỉ cần cho tôi một điểm tựa”

Archimedes

Đoán câu đố:

1. Hai vòng, hai đầu và một đinh tán ở giữa. ( Kéo)

2. Hai chị em đang đu dây - họ đang tìm kiếm sự thật và khi đạt được nó thì họ dừng lại. ( Quy mô)

3. Anh ấy cúi đầu, anh ấy cúi đầu - anh ấy sẽ về nhà - anh ấy sẽ duỗi người. ( Cây rìu)

4. Đây là loại người khổng lồ kỳ diệu nào?
Đưa tay chạm tới mây
Làm việc:
Giúp xây nhà. ( Máy trục )

– Nhìn kỹ các câu trả lời một lần nữa và gọi tên chúng bằng một từ. “Vũ khí, máy móc” dịch từ tiếng Hy Lạp có nghĩa là “cơ chế”.

Cơ chế– từ từ tiếng Hy Lạp “????v?” – vũ khí, sự thi công.
Xe hơi– từ tiếng Latin “ máy" – sự thi công.

– Hóa ra một chiếc gậy thông thường là cơ chế đơn giản nhất. Ai biết nó được gọi là gì?
– Cùng nhau xây dựng chủ đề bài học: ….
– Mở vở ghi ngày và chủ đề của bài học: “Các cơ chế đơn giản. Điều kiện để đòn bẩy cân bằng."
– Hôm nay chúng ta nên đặt ra mục tiêu gì cho các em trong lớp…

IV. Giai đoạn tiếp thu kiến ​​thức mới

“Tôi có thể xoay Trái đất bằng một đòn bẩy, chỉ cần cho tôi một điểm tựa” - những lời này, là lời nhắc nhở cho bài học của chúng ta, đã được Archimedes nói cách đây hơn 2000 năm. Nhưng người ta vẫn nhớ đến chúng và truyền miệng nhau. Tại sao? Archimedes có đúng không?

– Đòn bẩy bắt đầu được con người sử dụng từ xa xưa.
– Bạn nghĩ họ dùng để làm gì?
– Tất nhiên là để dễ làm việc hơn.
– Người đầu tiên sử dụng đòn bẩy là tổ tiên xa xưa thời tiền sử của chúng ta, người đã dùng gậy để di chuyển những khối đá nặng nhằm tìm kiếm rễ cây ăn được hoặc những động vật nhỏ ẩn náu dưới rễ cây. Vâng, vâng, xét cho cùng, một cây gậy bình thường có điểm tựa xung quanh để có thể xoay được là một đòn bẩy thực sự.
Có rất nhiều bằng chứng cho thấy ở các nước cổ đại - Babylon, Ai Cập, Hy Lạp - những người xây dựng đã sử dụng rộng rãi đòn bẩy khi nâng và vận chuyển các bức tượng, cột và những khối đá khổng lồ. Lúc đó họ chưa biết gì về luật đòn bẩy nhưng họ đã biết rõ rằng đòn bẩy trong trong tay có khả năng biến gánh nặng thành gánh nhẹ.
Cánh tay đòn– là một phần không thể thiếu của hầu hết mọi loại máy móc, máy công cụ, cơ cấu cơ khí hiện đại. Một chiếc máy xúc đang đào mương - “cánh tay” bằng sắt với một chiếc gầu của nó đóng vai trò như một đòn bẩy. Người lái thay đổi tốc độ của xe bằng cách sử dụng cần số. Dược sĩ treo bột lên những chiếc cân dược phẩm rất chính xác; bộ phận chính của những chiếc cân này là đòn bẩy.
Khi đào luống trong vườn, chiếc xẻng trong tay chúng ta cũng trở thành đòn bẩy. Các loại tay cò, tay nắm, cổng đều là đòn bẩy.

- Hãy làm quen với các cơ chế đơn giản.

Lớp được chia thành 6 nhóm thực nghiệm:

Bài 1 nghiên cứu mặt phẳng nghiêng.
Lần thứ 2 kiểm tra đòn bẩy.
Thứ 3 đang nghiên cứu khối.
Thứ 4 đang nghiên cứu cổng.
Người thứ 5 nghiên cứu cái nêm.
Thứ 6 nghiên cứu vít.

Công việc được thực hiện theo mô tả đã đề xuất cho từng nhóm trong phiếu công việc. ( phụ lục 1 )

Dựa vào câu trả lời của học sinh, chúng tôi vẽ sơ đồ. ( Phụ lục 2 )

– Bạn đã làm quen với những cơ chế nào…
- Cơ cấu đơn giản dùng để làm gì? ...

Cánh tay đòn- thân cứng có khả năng quay xung quanh một giá đỡ cố định. Trong thực tế, vai trò của đòn bẩy có thể được thực hiện bởi một cây gậy, một tấm ván, xà beng, v.v.
Đòn bẩy có điểm tựa và vai. Vai– đây là khoảng cách ngắn nhất từ ​​điểm tựa đến đường tác dụng của lực (tức là đường vuông góc hạ từ điểm tựa đến đường tác dụng của lực).
Thông thường, lực tác dụng lên đòn bẩy có thể được coi là trọng lượng của vật thể. Chúng ta sẽ gọi một lực là lực cản, lực kia là lực dẫn động.
Trên hình ảnh ( Phụ lục 4 ) bạn thấy một đòn bẩy có cánh tay bằng nhau, được dùng để cân bằng các lực. Một ví dụ về việc sử dụng đòn bẩy như vậy là một cái cân. Bạn nghĩ điều gì sẽ xảy ra nếu một trong các lực tăng gấp đôi?
Đúng rồi, cân sẽ mất cân bằng (mình chỉ trên cân thường).
Bạn có nghĩ có cách nào để cân bằng quyền lực lớn hơn với quyền lực nhỏ hơn không?

Các bạn, tôi gợi ý cho bạn trong khóa học thí nghiệm nhỏ suy ra điều kiện cân bằng của đòn bẩy.

Cuộc thí nghiệm

Có đòn bẩy phòng thí nghiệm trên bàn. Chúng ta hãy cùng nhau tìm hiểu khi nào đòn bẩy sẽ ở trạng thái cân bằng.
Để làm điều này, treo một vật nặng lên móc ở phía bên phải, cách trục 15 cm.

• Cân bằng đòn bẩy với một trọng lượng. Đo vai trái của bạn.
• Cân bằng đòn bẩy, nhưng với hai quả nặng. Đo vai trái của bạn.
• Cân bằng đòn bẩy, nhưng với ba quả nặng. Đo vai trái của bạn.
• Cân bằng đòn bẩy, nhưng với bốn quả nặng. Đo vai trái của bạn.

- Có thể rút ra kết luận gì:

• Ở đâu có nhiều sức mạnh hơn, ở đó có ít đòn bẩy hơn.
• Sức mạnh tăng bao nhiêu thì vai lại giảm bấy nhiêu lần,

- Hãy lập công thức Quy tắc cân bằng đòn bẩy:

Một đòn bẩy ở trạng thái cân bằng khi các lực tác dụng lên nó tỉ lệ nghịch với các cánh của các lực này.

– Bây giờ hãy thử viết quy tắc này dưới dạng toán học, tức là công thức:

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

Nguyên tắc cân bằng đòn bẩy được Archimedes thiết lập.
Từ quy tắc này suy ra rằng một lực nhỏ hơn có thể được dùng để cân bằng một lực lớn hơn bằng đòn bẩy.

Thư giãn: Nhắm mắt lại và che chúng bằng lòng bàn tay của bạn. Hãy tưởng tượng một tờ giấy trắng và cố gắng viết họ và tên của bạn lên đó. Đặt một dấu chấm ở cuối mục. Bây giờ hãy quên các chữ cái đi và chỉ nhớ dấu chấm. Bạn sẽ thấy có vẻ như đang di chuyển từ bên này sang bên kia với chuyển động lắc lư chậm rãi, nhẹ nhàng. Bạn đã thư giãn... bỏ lòng bàn tay ra, mở mắt ra, bạn và tôi đang trở về thế giới thực tràn đầy sức mạnh và năng lượng.

V. Giai đoạn củng cố kiến ​​thức mới

1. Tiếp tục câu...

• Đòn bẩy là... một vật cứng có thể xoay quanh một giá đỡ cố định
• Đòn bẩy cân bằng nếu... các lực tác dụng lên nó tỉ lệ nghịch với các cánh tay của các lực đó.
• Việc tận dụng sức mạnh là... khoảng cách ngắn nhất từ ​​điểm tựa đến đường tác dụng của lực (tức là đường vuông góc giảm từ điểm tựa đến đường tác dụng của lực).
• Sức mạnh được đo bằng...
• Đòn bẩy được đo bằng...
• Cơ chế đơn giản bao gồm... đòn bẩy và các dạng của nó: – nêm, vít; mặt phẳng nghiêng và các dạng của nó: nêm, vít.
• Cần có cơ chế đơn giản để... để có được sức mạnh

2. Điền vào bảng (tự điền):

Tìm cơ chế đơn giản trong thiết bị

KHÔNG.	Tên thiết bị	Cơ chế đơn giản
1	kéo
2	máy xay thịt
3	cái cưa
4	thang
5	chớp
6	cái kìm,
7	quy mô
8	cây rìu
9	giắc cắm
10	khoan cơ khí
11	cái bút máy may, bàn đạp xe đạp hoặc phanh tay, phím đàn piano
12	đục, dao, đinh, kim.

KIỂM SOÁT TUYỆT VỜI

Chuyển kết quả đánh giá sau khi kiểm soát lẫn nhau vào thẻ tự đánh giá.

Archimedes có đúng không?

Archimedes chắc chắn rằng không có vật nặng nào mà một người không thể nâng được - anh ta chỉ cần sử dụng một đòn bẩy.
Thế nhưng Archimedes đã phóng đại khả năng của con người. Nếu Archimedes biết khối lượng lớn đến mức nào Khối cầu, thì có lẽ anh ta đã kiềm chế câu cảm thán mà truyền thuyết gán cho anh ta: "Hãy cho tôi một điểm tựa, và tôi sẽ nâng đỡ Trái đất!" Rốt cuộc, để di chuyển trái đất chỉ 1 cm, bàn tay của Archimedes sẽ phải đi được 10 18 km. Hóa ra, để Trái đất dịch chuyển được một milimet, cánh tay dài của đòn bẩy phải lớn hơn cánh tay ngắn 100.000.000.000 nghìn tỷ đồng. một lần! Phần cuối của cánh tay này sẽ đi được 1.000.000 nghìn tỷ đồng. km (xấp xỉ). Và một người sẽ phải mất hàng triệu năm mới đi được một con đường như vậy!.. Nhưng đây là chủ đề của một bài học khác.

VI. Giai đoạn cung cấp thông tin cho học sinh về bài tập về nhà, hướng dẫn cách thực hiện

1. Tổng kết: bài học có những điều gì mới, lớp học diễn ra như thế nào, học sinh nào đặc biệt chăm chỉ (điểm).

2. Bài tập về nhà

Mọi người: § 55-56
Dành cho những ai quan tâm: tạo trò chơi ô chữ về chủ đề “Cơ chế đơn giản tại nhà tôi”
Cá nhân: chuẩn bị các thông điệp hoặc bài thuyết trình “Đòn bẩy trong động vật hoang dã”, “Sức mạnh của đôi tay chúng ta”.

- Lớp học kết thúc! Tạm biệt, mọi điều tốt đẹp nhất sẽ đến với bạn!

Bạn có biết khối là gì không? Đây là một vật tròn có móc dùng để nâng tải lên độ cao trên công trường.

Nó trông giống như một đòn bẩy? Khắc nghiệt. Tuy nhiên, khối này cũng là một cơ chế đơn giản. Hơn nữa, chúng ta có thể nói về khả năng ứng dụng định luật cân bằng đòn bẩy vào khối. Sao có thể như thế được? Hãy tìm ra nó.

Áp dụng định luật cân bằng

Khối là một thiết bị bao gồm một bánh xe có rãnh để luồn cáp, dây hoặc xích qua đó, cũng như một kẹp có móc gắn vào trục bánh xe. Khối có thể được cố định hoặc di chuyển. Khối cố định có trục cố định và không chuyển động khi nâng hoặc hạ tải. Một khối đứng yên giúp thay đổi hướng của lực. Bằng cách ném một sợi dây qua một khối treo lơ lửng ở phía trên như vậy, chúng ta có thể nâng vật nặng lên trong khi bản thân đang ở bên dưới. Tuy nhiên, sử dụng một khối cố định không giúp chúng ta tăng sức mạnh. Chúng ta có thể tưởng tượng một khối ở dạng đòn bẩy quay quanh một giá đỡ cố định - trục của khối. Khi đó bán kính của khối sẽ bằng các cánh tay tác dụng lên cả hai phía của lực - lực kéo của sợi dây của chúng ta với tải trọng ở một bên và trọng lực của tải trọng ở bên kia. Vai sẽ bằng nhau nên không tăng sức mạnh.

Tình hình lại khác với một khối chuyển động. Khối chuyển động di chuyển cùng với tải trọng, như thể nó đang nằm trên một sợi dây. Trong trường hợp này, điểm tựa tại mỗi thời điểm sẽ là điểm tiếp xúc của khối với dây ở một bên, tác dụng của tải trọng sẽ tác dụng vào tâm của khối, nơi nó được gắn vào trục , và lực kéo sẽ tác dụng tại điểm tiếp xúc với sợi dây ở phía bên kia của khối . Nghĩa là vai của trọng lượng cơ thể sẽ là bán kính của khối và vai của lực đẩy của chúng ta sẽ là đường kính. Đường kính, như đã biết, gấp đôi bán kính, theo đó, các cánh tay có chiều dài khác nhau hai lần và mức tăng sức mạnh thu được với sự trợ giúp của một khối di động là bằng hai. Trong thực tế, người ta sử dụng sự kết hợp giữa khối cố định và khối di động. Một khối cố định được gắn ở phía trên không mang lại bất kỳ sức mạnh nào, nhưng nó giúp nâng tải trọng khi đứng bên dưới. Và khối chuyển động, di chuyển cùng với tải trọng, sẽ tăng gấp đôi lực tác dụng, giúp nâng tải trọng lớn lên độ cao.

Nguyên tắc vàng của cơ học

Câu hỏi đặt ra: các thiết bị được sử dụng có mang lại lợi ích khi vận hành không? Công là tích của quãng đường đi được và lực tác dụng. Xét một đòn bẩy có các cánh tay có chiều dài cánh tay khác nhau 2 lần. Đòn bẩy này sẽ giúp chúng ta tăng sức mạnh gấp đôi, tuy nhiên, đòn bẩy gấp đôi sẽ đi xa gấp đôi. Nghĩa là, mặc dù có được sức mạnh nhưng công việc được thực hiện sẽ như nhau. Đây là sự bình đẳng trong công việc khi sử dụng các cơ chế đơn giản: số lần chúng ta tăng sức mạnh, số lần chúng ta thua về khoảng cách. Quy luật này được gọi là quy luật vàng của cơ học, và nó áp dụng cho tất cả các cơ chế đơn giản. Vì vậy, những cơ chế đơn giản giúp công việc của một người trở nên dễ dàng hơn nhưng không làm giảm bớt công việc của người đó. Chúng chỉ đơn giản giúp chuyển một loại nỗ lực này sang một loại nỗ lực khác, thuận tiện hơn trong một tình huống cụ thể.

Đòn bẩy là một vật rắn có thể quay quanh một điểm cố định. Điểm cố định được gọi là điểm tựa. Khoảng cách từ điểm tựa đến đường tác dụng của lực gọi là vai sức mạnh này.

Đòn bẩy điều kiện cân bằng: đòn bẩy ở trạng thái cân bằng nếu các lực tác dụng lên đòn bẩy F 1 Và F 2 có xu hướng quay nó theo các hướng ngược nhau và mô đun của các lực tỷ lệ nghịch với vai của các lực này: F 1 /F 2 = l 2 / l 1 Quy tắc này được thiết lập bởi Archimedes. Theo truyền thuyết, ông đã thốt lên: Hãy cho tôi một chỗ đứng và tôi sẽ nâng đỡ Trái đất .

Đối với đòn bẩy, nó được đáp ứng « Quy tắc vàng» cơ khí (nếu bỏ qua ma sát và khối lượng của đòn bẩy).

Bằng cách tác dụng một lực nào đó lên một đòn bẩy dài, bạn có thể sử dụng đầu kia của đòn bẩy để nâng một vật có trọng lượng vượt quá lực này rất nhiều. Điều này có nghĩa là bằng cách sử dụng đòn bẩy, có thể đạt được quyền lực. Khi sử dụng đòn bẩy, việc đạt được quyền lực nhất thiết phải đi kèm với sự mất mát tương đương trong quá trình thực hiện.

Khoảnh khắc quyền lực. Quy tắc của khoảnh khắc

Tích của mô đun lực và vai của nó được gọi là khoảnh khắc của lực lượng.M = FL , trong đó M là mômen lực, F là lực, l là đòn bẩy của lực.

Quy tắc của khoảnh khắc: Một đòn bẩy ở trạng thái cân bằng nếu tổng mô men của các lực có xu hướng quay đòn bẩy theo một hướng bằng tổng mô men của các lực có xu hướng làm nó quay theo hướng ngược lại. Quy luật này đúng với mọi chất rắn, có khả năng quay quanh một trục cố định.

Momen lực đặc trưng cho tác dụng quay của lực. Hành động này phụ thuộc vào cả lực và đòn bẩy của nó. Đó là lý do tại sao, chẳng hạn, khi muốn mở một cánh cửa, họ cố gắng tác dụng lực càng xa trục quay càng tốt. Với sự trợ giúp của một lực nhỏ, một khoảnh khắc quan trọng được tạo ra và cánh cửa sẽ mở ra. Việc mở nó bằng cách tạo áp lực gần bản lề sẽ khó khăn hơn nhiều. Vì lý do tương tự, việc tháo đai ốc bằng một chiếc vòng dài hơn sẽ dễ dàng hơn. cờ lê, vít sẽ dễ tháo hơn bằng cách sử dụng tuốc nơ vít có tay cầm rộng hơn, v.v.

Đơn vị SI của mômen lực là mét newton (1 N*m). Đây là thời điểm của một lực 1 N có vai dài 1 m.