3. Рычаги. Блоки

При решении задач о рычагах используют формулу или так как обычно рассматривают равновесие только двух сил. В VI классе предпочтение нужно отдать записи условия равновесия рычага в виде пропорции, которая допускает более наглядное представление о соотношениях сил и плеч.

Сначала решают задачи о прямолинейных рычагах, у которых точка опоры находится между точками приложения сил, а затем — о рычагах, в которых точки приложения сил расположены по одну сторону от точки опоры. После этого рассматривают криволинейные рычаги.

Обычно в задачах о рычагах определяют выигрыш в силе, который дает рычаг. Наряду с этим нужно показать целесообразность в ряде случаев получения выигрыша не в силе, а в расстоянии, с тем чтобы учащиеся лучше усвоили «золотое правило механики».

На примере действия рычагов учащихся знакомят также с принципом равенства работы для простых механизмов.

150. Схематично зарисуйте следующие рычаги и укажите для каждого из них точку опоры, плечи и силы: 1) рычажные весы с уравновешенным на их чашках грузом; 2) горизонтально расположенный железнодорожный шлагбаум; 3) колодезный журавель, на котором висит поднятое из колодца ведро с водой. Что общего и в чем различие данных рычагов?

При решении задачи учащиеся зарисовывают рычаги, соблюдая соотношение между плечами и силами. Особое их внимание нужно обратить на правильность ответа на третий вопрос. Рычаг колодезного журавля в данном случае расположен наклонно к горизонту. Но учащиеся нередко принимают за длину плеча расстояние от оси вращения до точки приложения, а не до линии действия силы.

151 (э). Какой груз и где нужно подвесить на правое плечо (рис. 20), чтобы рычаг находился в равновесии?

Рис. 20.

На демонстрационном столе устанавливают рычаг с грузами на левом плече и предлагают учащимся рассчитать, какие грузы и где можно повесить на правое плечо, чтобы рычаг находился в равновесии. Ответы проверяют на опыте.

152 (э). Зарисуйте, а затем соберите установку, показанную на рисунке 21. Укажите точку опоры, плечи и направление сил, действующих на рычаг. Проверьте, применимо ли для этого случая известное вам правило равновесия рычагов. В чем отличие данного рычага от рычагов, которые вы изучили до этого? Подберите другие значения сил и плеч, при которых рычаг будет находиться в равновесии.

153. На рисунке 22 показана схема педали автопоилки. Укажите точку опоры, плечи и силы, действующие на этот рычаг.

154. Зарисуйте кусачки, клещи или щипцы для колки сахара и рассчитайте, какой они дают выигрыш в силе.

Решение. Принимают одну половину кусачек (рис. 23) за опору, а вторую — за рычаг с осью вращения О. Указывают точки приложения и направления действия сил Сила создается давлением материала, рукой. Находят длины плеч и и их отношение которое и показывает, какой выигрыш в силе дают кусачки.

Рис. 21.

Рис. 22

Рис. 23.

155. На рисунке 24 изображена рука человека. Ядро весит 80 н. Расстояние от центра ядра до локтя 32 см. Расстояние от локтя до места закрепления мышцы 4 см. С какой силой натянуты мышцы? [34, № 654].

Решение. Выполняют схематический чертеж (рис. 25). Здесь — Следовательно, больше в 8 раз.

н, т. е. сила натяжения мышцы в 8 раз больше веса ядра. Зато кисть руки с грузом перемещается на большее расстояние, чем точка приложения силы мышцы. Проигрывая в силе, рука выигрывает в расстоянии или скорости.

158. Рассмотрите и зарисуйте модель ворота. Где и с какой целью применяют в жизни этот простой механизм? Рассчитайте и проверьте на опыте, какой выигрыш в силе дает модель ворота.

157. Дает ли выигрыш в силе неподвижный блок? Ответ обосновать и проверить на опыте.

При решении этой задачи неподвижный блок рассматривают как равноплечий рычаг.

158. Может ли стоящий на полу человек весом 700 н поднять с помощью неподвижного блока груз 500, 800 н?

159. С какой силой нужно тянуть веревку (рис. 26, а), чтобы поднять груз? Получат ли выигрыш в работе, если применят блоки? Весом блоков и трением пренебречь.

В задачах данного типа учащихся нередко смущает вывод о том, что простые механизмы не дают выигрыша в работе. Здесь следует подчеркнуть разницу физического понятия «работа» как величины, определяемой произведением и понятия «работа», как трудовой деятельности человека. Простой механизм, в данном случае блок, может сделать трудовые операции

Рис. 24.

Рис. 25.

Рис. 26.

более удобными и повысить производительность труда.

160. Ученик, измерив с помощью динамометра силу натяжения веревки (рис. 26, б), нашел, что она равна 12 н. Согласуются ли эти данные с теоретическими расчетами и если не согласуются, то почему?

161. По данным задачи 160 определите к.п.д. блоков.

Решение.

Главная трудность для учащихся VI класса при решении этой задачи заключается в выполнении действий в общем виде. На это надо обратить внимание, постепенно приучая учащихся к решению задач в общем виде и к задачам с неполными данными.