Для чего применяются простые механизмы
Простые механизмы: что это такое, виды простых механизмов
Содержание:
Простые механизмы – это механические агрегаты, применяемые для направления силы либо её величины. Их называют дающими выигрыш в силе устройствами. Рассмотрим распространённые виды простых механизмов. Кратко коснёмся принципов их функционирования, приносимой пользы, целей применения.
Определение и разновидности
Из уроков истории известны факты применения приспособлений для метания снарядов, перемещения строительных материалов, передачи механической энергии. Они вызывали движения, преодолевающие большие силы, особенно противодействующие им в начале процесса, например, сдвигание тяжелого камня с места. Из предыдущих уроков вы знаете, что такое механическая работа. Она вычисляется как произведение приложенной к телу силы на преодолённое под её действием расстояние: A = F*s.
Природа создана так, что в замкнутой системе получить выигрыш в работе нельзя. Во сколько раз меньшую силу приложите, во столько проиграете в расстоянии – тело придётся перемещать дальше и наоборот. Простые механизмы применяют для того, чтобы развивать силы, равные по модулю и противоположные по значению противодействующим движению силам.
При расчётах величиной сил трения могут пренебрегать.
Простые механизмы в физике
Рычаг, как любой простой механизм, – преобразователь сил.
Блок – равноплечий рычаг. Представлен вращающимся колесом с желобком для верёвки по всей длине окружности. Неподвижный блок не даёт выигрыша в силе, а направляет её. Ось подвижного блока располагается в обоймах, двигается с ними, поэтому позволяет управлять силой. Для получения выигрыша также применяются сдвоенные блоки разного диаметра, насаженные на одну ось.
Ворот – модифицированный двойной блок, ранее применяемый для перетаскивания и подъёма грузов на небольшие расстояния либо высоты. В вороток вставляются длинные спицы, играющие роль большего блока, с радиусом большим, чем у меньшего блока.
В технике также применяют:
Распространены простые механизмы, такие как винт и клин. Пример клина – лезвие колуна. По тыльной стороне инструмента наносятся удары, например, кувалдой, и устройство погружается в древесину, раскалывая её. Чем меньше угол заточки лезвия, тем проще оно входит в дерево.
Клин применяется и для подъёма грузов. Особенность обоих видов клина – значительная сила трения, действующая между телом и боковыми гранями приспособления.
Винт работает по принципу клина, где вместо ударов совершается вращение крупного болта с малым шагом резьбы. Применяется в прессах, колунах, домкратах, при завинчивании крепежей (саморезов).
Примеры простых механизмов в повседневной жизни:
Какие простые механизмы вы знаете и используете в быту кроме названных? К какой категории отнести дверь в автомобиле, тиски, лебёдку?
Простые механизмы. Рычаг Архимеда.
1. Понятие о простых механизмах
Называют устройства, которые изменяют направление действия силы.
2. История возникновения простых механизмов
Древнегреческий ученый Архимед первый создал и использовал простые механизмы, для защиты своего города Сиракузы от римлян.
3. Виды простых механизмов и их практическое значение
К простым механизмам относятся: наклонная плоскость, рычаг, блоки (подвижный и неподвижный), клин, винт, ворот. Примеры. Наклонная плоскость используется для подъема грузов на автомобили. Рычаг применяют в устройстве весов, подъемных кранов и т. д. Блоки применяют в устройстве лифтов. Клин удерживает колесо на оси автомобиля, велосипеда. Винт используют при изготовлении мебели. Ворот для подъема воды в колодцах.
4. Понятие рычага, его устройство и действие
Рычагом называют твёрдое тело, которое может вращаться вокруг неподвижной оси.
Рассмотрим устройства и действия рычага. У рычага есть ось вращения и плечи. Плечом называют кратчайшее расстояние от оси вращения до линии действия силы.
5. Условия равновесия сил на рычаге
Рычаг находится в равновесии, если силы действующие на него обратно пропорциональны плечам.
6. Формулы равновесия сил
М = F * L — момент сил, называют произведение силы на плечо.
Момент обозначается буквой М. Измеряется в единицах: Н * м.
7. Правила моментов
1. Рычаг находится в равновесии, если сумма моментов сил равна нулю.
2. Рычаг находится в равновесии, если сумма моментов сил вращающих рычаг по часовой стрелке, равна сумме моментов сил вращающих против часовой стрелки.
8. Блоки и получение выигрыша в силе и расстоянии
В механике используются блоки, которые бывают двух видов: подвижные и неподвижные. Неподвижный блок это колесо с желобом. Неподвижный блок используется для подъема различных грузов, но он не дает выигрыша в силе. Сила, приложенная для подъем, равна силе тяжести груза, так как плечо силы равно плечу груза. Подвижный блок дает выигрыш в силе в 2 раза, так как плечо силы в два раза больше плеча груза. Простые механизмы широко применяются в сельском хозяйстве, в быту, в технике и так далее.
9. Золотое правило механики
Для простых механизмов выполняется Золотое правило механики. Золотое правило заключается в том, что:
Простые механизмы не дают выигрыш в работе, во сколько раз выигрываем в силе, во столько же раз проигрывают в расстоянии и наоборот.
Простые механизмы – применение, формулы, определение
Простые механизмы находят широчайшее применение в жизни и деятельности человека. Рассмотрим особенности их работы более детально.
Виды простых механизмов
Человек отличается от животных способностью широко использовать орудия труда. Они позволяют ему достигать желаемых целей гораздо проще и эффективнее. Во многих случаях без орудий труда поставленная цель вообще недостижима.
Любое орудие труда может быть разложено на элементы, представляющие простейшие комбинации механических частей, имеющие много общего между собой. Большинство таких элементов лишь передают внешнее усилие на другие части орудия. Они объединяются под общим названием «простые механизмы».
Простые механизмы – это механические приспособления, служащие для преобразования вектора силы по величине и(или) направлению.
К простым механизмам в механике принято относить два важнейших приспособления:
Оба этих простых механизма способны изменять направление вектора приложенной силы и даже менять его модуль.
Кроме того, многие авторы к простым механизмам также относят колесо и поршень. Колесо не меняет направление вектора силы, однако, оно существенно уменьшает потери на перемещение тела по ровной поверхности. Поршень же преобразует энергию газа или жидкости в механическую энергию перемещения.
Действие простых механизмов
Как было указано выше, простые механизмы предназначены для преобразования вектора силы. Но, делают они это по-разному.
Наклонная плоскость
Действие наклонной плоскости заключается в том, что при движении вдоль нее, возникает сила реакции опоры, перпендикулярная этой плоскости, которая, как правило, больше силы, продвигающей тело.
Рис. 1. Наклонная плоскость h L.
Винт – это та же наклонная плоскость, свернутая вокруг вертикальной оси, что позволяет значительно уменьшить ее габариты.
Рычаг
Рычаг – это твердое тело, которое может вращаться вокруг неподвижной опоры, и имеет две разные точки приложения сил. Отрезки, соединяющие точки приложения сил с опорой, называются плечами рычага.
Рис. 2. Рычаг физика.
То есть, если первое плечо будет иметь длину 3м, а второе 1м, то с помощью силы 10Н, приложенной к первому плечу можно создать на втором плечо усилие:
Блок – это, фактически, такой же рычаг с фиксированными длинами плеч. Для неподвижного блока плечи равны, для подвижного – одно плечо вдвое длиннее второго.
Простые механизмы используются не только человеком, но и Природой. Клювы многих птиц имеют форму клина, позволяющего добывать насекомых, раздвигая относительно небольшим усилием плотные древесные волокна. Примерами рычага являются конечности позвоночных. За счет свойств рычага совсем небольшое сокращение мышцы животного преобразуется в значительный размах конечности.
Рис. 3. Рычаг в живой природе.
Что мы узнали?
Простые механизмы – это приспособления, служащие для преобразования вектора силы. К простым механизмам относится наклонная плоскость (клин, винт) и рычаг (ворот, блок). Широкое применение простых механизмов обуславливается их простотой и эффективностью.
Учебники
Журнал «Квант»
Общие
Закажите быструю доставку самолетом в любой город РФ в компании Авиастар.
Содержание
Простейшие механизмы
Для облегчения совершения механической работы издавна используются различные приспособления — простые механизмы.
Простые механизмы — это устройства, в которых работа совершается только за счет механической энергии. Простые механизмы (рычаг, наклонная плоскость, блок и др.) служат для преобразования силы, их применяют при совершении работы в тех случаях, когда надо действием одной силы уравновесить другую силу.
Наклонная плоскость
Ее используют в тех случаях, когда надо поднять тяжелый груз на некоторую высоту.
Рассмотрим гладкую наклонную плоскость (рис. 1). Рассчитаем силу F, которую надо приложить к телу массой m, чтобы поднять его равномерно на высоту h.
Запишем основное уравнение динамики\[
\vec F + \vec N + m \vec g = 0\]. Спроецируем это равенство на ось Ox\[
F = mg \sin \alpha = mg \frac hl \Rightarrow \frac
т.е для равномерного поднятия груза с помощью наклонной плоскости необходимо приложить силу, во столько раз меньшую силы тяжести груза, во сколько раз длина наклонной плоскости больше ее высоты.
Рычаг
Рычагом называют имеющее неподвижную ось вращения твердое тело, на которое действуют силы, стремящиеся повернуть его вокруг этой оси. Различают рычаги первого и второго рода.
Рычагом первого рода называют рычаг, ось вращения О которого расположена между точками А и В приложения сил, а сами силы направлены в одну сторону (рис. 2, а). Это коромысло равноплечих весов, железнодорожный шлагбаум, ножницы и др.
Рычаг второго рода — рычаг, ось вращения О которого расположена по одну сторону от точек приложения сил, а сами силы направлены противоположно друг другу (рис. 2, б). Это гаечные ключи, щипцы для раскалывания орехов, двери и др.
\frac
При равновесии рычага под действием двух сил модули этих сил обратно пропорциональны их плечам.
С помощью рычага можно получить выигрыш в силе, т.е. меньшей силой можно уравновесить большую силу.
Блоки используют для поднятия грузов. Блок представляет собой колесо с желобом, укрепленное в обойме. По желобу блока пропускают веревку, трос или цепь. Неподвижным называют такой блок, ось которого закреплена и при подъеме грузов она не поднимается и не опускается (рис. 3, а, б).
Неподвижный блок можно рассматривать как равноплечий рычаг, у которого плечи приложенных сил равны радиусу колеса. Следовательно, из правила моментов mgr = Fr вытекает, что неподвижный блок выигрыша в силе не дает (F = mg). Он позволяет менять направление действия силы.
На рисунке 4, а, б изображен подвижный блок (ось блока поднимается и опускается вместе с грузом). Такой блок поворачивается около мгновенной оси О. Правило моментов для него будет иметь вид
mgr = F \cdot 2r \Rightarrow F = \frac
Таким образом, подвижный блок дает выигрыш в силе в два раза.
Обычно на практике применяют комбинацию неподвижного блока с подвижным (рис. 5). Неподвижный блок применяется только для удобства. Он, изменяя направление действия силы, позволяет, например, поднимать груз, стоя на земле.
Литература
Аксенович Л. А. Физика в средней школе: Теория. Задания. Тесты: Учеб. пособие для учреждений, обеспечивающих получение общ. сред, образования / Л. А. Аксенович, Н.Н.Ракина, К. С. Фарино; Под ред. К. С. Фарино. — Мн.: Адукацыя i выхаванне, 2004. — C. 73-75.
Простые механизмы
Всего получено оценок: 191.
Всего получено оценок: 191.
Простые механизмы находят широчайшее применение в жизни и деятельности человека. Рассмотрим особенности их работы более детально.
Виды простых механизмов
Человек отличается от животных способностью широко использовать орудия труда. Они позволяют ему достигать желаемых целей гораздо проще и эффективнее. Во многих случаях без орудий труда поставленная цель вообще недостижима.
Любое орудие труда может быть разложено на элементы, представляющие простейшие комбинации механических частей, имеющие много общего между собой. Большинство таких элементов лишь передают внешнее усилие на другие части орудия. Они объединяются под общим названием «простые механизмы».
Простые механизмы – это механические приспособления, служащие для преобразования вектора силы по величине и(или) направлению.
К простым механизмам в механике принято относить два важнейших приспособления:
Оба этих простых механизма способны изменять направление вектора приложенной силы и даже менять его модуль.
Кроме того, многие авторы к простым механизмам также относят колесо и поршень. Колесо не меняет направление вектора силы, однако, оно существенно уменьшает потери на перемещение тела по ровной поверхности. Поршень же преобразует энергию газа или жидкости в механическую энергию перемещения.
Действие простых механизмов
Как было указано выше, простые механизмы предназначены для преобразования вектора силы. Но, делают они это по-разному.
Наклонная плоскость
Действие наклонной плоскости заключается в том, что при движении вдоль нее, возникает сила реакции опоры, перпендикулярная этой плоскости, которая, как правило, больше силы, продвигающей тело.
Рис. 1. Наклонная плоскость h L.
Винт – это та же наклонная плоскость, свернутая вокруг вертикальной оси, что позволяет значительно уменьшить ее габариты.
Рычаг
Рычаг – это твердое тело, которое может вращаться вокруг неподвижной опоры, и имеет две разные точки приложения сил. Отрезки, соединяющие точки приложения сил с опорой, называются плечами рычага.
Рис. 2. Рычаг физика.
То есть, если первое плечо будет иметь длину 3м, а второе 1м, то с помощью силы 10Н, приложенной к первому плечу можно создать на втором плечо усилие:
Блок – это, фактически, такой же рычаг с фиксированными длинами плеч. Для неподвижного блока плечи равны, для подвижного – одно плечо вдвое длиннее второго.
Простые механизмы используются не только человеком, но и Природой. Клювы многих птиц имеют форму клина, позволяющего добывать насекомых, раздвигая относительно небольшим усилием плотные древесные волокна. Примерами рычага являются конечности позвоночных. За счет свойств рычага совсем небольшое сокращение мышцы животного преобразуется в значительный размах конечности.
Что мы узнали?
Простые механизмы – это приспособления, служащие для преобразования вектора силы. К простым механизмам относится наклонная плоскость (клин, винт) и рычаг (ворот, блок). Широкое применение простых механизмов обуславливается их простотой и эффективностью.