Проект «Простые механизмы в быту»

Автор: Беспалова Татьяна Михайловна

Организация: МБОУ «Каратабанская СОШ»

Населенный пункт: село Каратабан

Аннотация

Проект «Простые механизмы в быту» знакомит с устройствами, которые служат для облегчения труда человека, видами простых механизмов и способами их применения в быту.

Тип проекта: творческий

Продукт проекта: фотоальбом «Простые механизмы в быту».

Выполнение проекта способствует развитию личностных и регулятивных универсальных действий, развивает творческие способности, учит получать информацию из различных источников.

Введение

Как часто, когда надо сдвинуть с места очень тяжелый предмет, мы берем себе в помощники палку или шест. Ещё в далекие времена у людей возникла необходимость иметь приспособления, позволяющие получить выигрыш в силе. Ины­ми словами, приспособления, благодаря которым можно подни­мать грузы, которые без них нельзя далее сдвинуть с места. Такими приспособлениями являются простые механизмы.

И у меня возник вопрос: как простые механизмы увеличивают силу человека? Какие простые механизмы существуют? Какие простые механизмы используют люди в быту? Исследованию этих вопросов я посвятил свой проект.

Цель проекта: рассмотреть различные виды простых механизмов и их применение в быту.

Задачи:

1.Рассмотреть различные виды простых механизмов и их классификацию.

2.Выяснить способы применения простых механизмов.

3.Рассмотреть примеры простых механизмов в быту.

 

 

1. Теоретическая часть

1.1. Простые механизмы

Еще с древних времен для облегчения своего труда человек использовал различные приспособления и механизмы (от греческого «механэ» - маши­на, орудие).

Механические устройства, служащие для преобразования величины или направления силы, называют простыми механизма­ми. К таким механизмам относятся рычаги и блоки, клин, винт, наклонная плоскость, ворот.

Простые механизмы делятся на 2 вида: рычаг и наклонная плоскость.

В большинстве случаев простые механизмы применяют для того, чтобы получить выигрыш в силе, то есть увеличить силу, действующую на тело, в несколько раз. Рассмотрим наиболее распространённый простой механизм – рычаг.

 

1.2. Рычаг и его разновидности

Рычаг – твёрдое тело, которое может вращаться вокруг неподвижной опоры.

Рычаг находится в равновесии тогда, когда силы, действующие на него, обратно пропорциональны плечам этих сил.

Это правило можно записать в виде формулы.

F₁ / F₂ = L₁ / L₂

Из этого правила видно, что меньшей силой можно уравновесить при помощи рычага большую силу.

Правило равновесия рычага было установлено Архимедом.

Когда римские войска осадили Сиракузы, 75-летний Архимед возглавил оборону родного города. Сконструированные им механизмы поразили воображение современников. Огромный урон, наносимый римским войскам «железными лапами» и метательными машинами Архимеда, привел, по словам Плутарха, к тому, что «римляне стали так трусливы, что если замечали, что над стеной движется кусок каната или бревно, то кричали: «Вот, вот оно!» — и, думая, что Архимед хочет направить на них какую-нибудь машину, ударялись в бегство».

Несколько месяцев длилась осада Сиракуз, и лишь благодаря предателям, открывшим ворота, римляне наконец смогли ворвать­ся в город. «Немало примеров гнусной злобы и гнусной алчности можно было бы припомнить, — пишет Тит Ливии (I в. До н. э.) о разграблении Сиракуз, — но самый знаменитый между ними — убийство Архимеда. Среди дикого смятения, под крики и топот озверевших солдат, Архимед спокойно размышлял, рассматривая начерченные на песке фигуры, и какой-то грабитель заколол его мечом, даже не подозревая, кто это».

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.

Примерами рычага 1 рода служат рычажные весы, качели, колодец «журавль», рычаги 2 рода – это лопаты, тачки.

Другой разновидностью рычага является ворот.

Чаще всего его применяли для подъема воды из колодцев. Ворот представляет собой цилиндр (барабан), к которому прикрепле­на рукоятка.

Выигрыш в силе, который дает ворот, определяется отношением радиу­са окружности, по которой движется рукоятка r₁, к радиусу цилиндра, на который наматывается веревка r₂.

F₂/F₁=r₁/r₂

Современным типом ворота является лебедка. Лебедка представляет со­бой сочетание цилиндра и двух зубчатых колес разного радиуса.

Общий выигрыш в силе, который дает лебедка, определяется из совокупного действия 2-х воротов. Современные лебедки дают выигрыш в силе в 40-100 раз.

Блок — простое механическое устройство, позволяющее регулировать силу, ось которого закреплена при подъеме грузов, не поднимается и не опускается. Представляет собой колесо с желобом по окружности, вращающееся вокруг своей оси. Жёлоб предназначен для каната, цепи, ремня и т. п.

Неподвижный блок - блок, у которого ось неподвижно закреплена. Употребляется для подъёма небольших грузов или для изменения направления силы.

Подвижный блок имеет свободную ось и предназначен для изменения величины прилагаемых усилий.

При этом груз пройдёт расстояние, вдвое меньшее пройденного точкой приложения силы F, соответственно, выигрыш в силе подвижного блока равен 2.

Фактически, любой блок представляет собой рычаг, в случае неподвижного блока — равноплечий, в случае подвижного — с соотношением плеч 1 к 2. Как и для всякого другого рычага, для блока справедливо правило: Во сколько раз выигрываем в усилии, во столько же раз проигрываем в расстоянии. Иными словами, работа, совершаемая при перемещении груза на какое-либо расстояние без использования блока, равна работе, затрачиваемой при перемещении груза на то же самое расстояние с применением блока при условии отсутствия трения. В реальном блоке всегда присутствуют некоторые потери.

Также используется система, состоящая из комбинации нескольких подвижных и неподвижных блоков. Такая система называется полиспаст.

 

1.3. Наклонная плоскость и её разновидности

Часто для подъема тяжелых тел используют еще один простой механизм – наклонную плоскость. Вы­игрыш в силе определяется отношением длины наклонной плоскости к ее высоте, при условии, что трение очень мало. Вкатывая бочки по наклонной плоскости, пираты прикладывают меньшую силу, нежели если бы они поднимали бочки на веревках. Другими словами, силы, прикладываемые пиратами, меньше веса бочек.

Примером наклонной плоскости являются эскалаторы, различные транспортеры, эвакуаторы.

Часто для того, чтобы создать большие силы (колка дров, работа ледо­кола) применяют клин, как разновидность наклонной плоскости.

Работа клина основана на том, что при больших силах в направлении обуха, создаются много большие силы, которые перпендикулярны боковым поверхностям клина.

Клин, вбиваемый в полено, действует на него сверху вниз. При этом он раздвигает образующиеся половинки влево и вправо. То есть клин изменяет направление действия силы. Кроме того, сила, с которой он раздвигает половинки бревна, гораздо больше силы, с которой молот воздействует на клин. Следовательно, клин изменяет и числовое значение приложенной силы.

Клин – одна из разновидностей простого механизма под названием «наклонная плоскость». Ее применяют, чтобы получить выигрыш в силе, то есть при помощи меньшей силы противодействовать большей силе.

Второй разновидностью наклонной плоскости является винт. Подобно клину, винт может изменять направление и/или числовое значение приложенной силы.

Поворачивая рукоятку штопора по часовой стрелке, мы вызываем продвижение винта штопора вниз. Другими словами, происходит преобразование движения: вращательное движение штопора приводит к его поступательному движению.

Примером служат бур, шурупы, винт.

 

1.4. Простые механизмы в быту

В каждом доме, как правило, есть мясорубка, нож для откры­вания консервных банок, кусачки, плоскогубцы, детский или взрослый велосипед. Незаменимы в частном доме или на даче лопата, грабли, мотыга, топор, зубило, тачка. Широкое применение получили простые механизмы в быту. Рычаги различного рода имеются у многих машин. Ручка швейной машины, педали автомобиля и трактора, клавиши пианино – все это примеры рычагов, используемых в данных машинах и инструментах. Клещи, гвоздодер, ножницы, коромысло с ведрами, щипцы, «журавль» для поднятия воды из колодца, рычажные весы, качели деревянные, ключ для отворачивания гаек при разборке и сборке деталей машин – это только малая часть инструментов и приспособлений, в основе действия которых лежит правило рычага.

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.

 

1. Практическая часть

Мы решили выяснить: используют ли жители села Каратабан простые механизмы в своей жизни. Для этого мы провели опрос случайных прохожих по теме «Какими простыми механизмами пользуетесь вы и члены Вашей семьи» Результаты анкетирования приведены в таблице (Приложение 1)

Выводы: -нет ни одной семьи, которая не пользуется простыми механизмами; - в среднем на каждое хозяйство приходится по 1домкрату т. к. среди опрошенных некоторые хозяева имеют их по 3-4штуки (Винт); - около 50% хозяйств имеют лебедку (блок, система блоков) для поднятия больших грузов; - около 50% хозяйств имеет колодцы и применяют для поднятия воды из него простые механизмы (рычаг, ворот); -100 % населения пользуется клином (разновидность наклонной плоскости); -100% населения используют в своей жизни грабли, лопата, мотыга, кусачки, гвоздодеры и другие инструменты (рычаги)

 

Заключение

В результате работы над данным проектом я выяснил : сила человека ограничена, поэтому он часто применяет приспособления (механизмы), которые преобразовывают его силу в силу существенно большую, т. е. получают выигрыш в силе; -при использовании простых механизмов выполняется «золотое правило» механики: во сколько раз выигрываем в силе, во столько раз проигрываем в расстоянии; -простые механизмы широко применяются в практической деятельности; - простые механизмы применяют при совершении работы в тех случаях, когда надо действием одной силы уравновесить другую силу;

-различные простые механизмы, которые нас окружают, позволяют получить выигрыш в силе или расстоянии, делая нашу жизнь удобнее; - простые механизмы не дают выигрыша в работе; - человек применяет простые механизмы, хотя часто даже не подозревает о его использовании. Поэтому нам необходимо знать и учитывать особенности их действия.

 

Литература и интернет-ресурсы

1. ttps://ru.wikipedia.org

2.lass-fizika.narod.ru

3. Перышкин А.В. Физика 7 класс.: Учебник для общеобразоват. учеб.заведений.- М.:Дрофа, 2017.

 

Приложение 1.

Анкетирование жителей с Каратабан по теме «Какими простыми механизмами пользуетесь вы и члены Вашей семьи».

1 вопрос: Вы и члены вашей семьи пользуется простыми механизмами?

ответили да – 100% опрошенных;

2 вопрос: какие простые механизмы имеются у вас дома?

домкрат – 100%;

винт, лебедка- около 50% опрошенных хозяйств;

колодцы и применяются для поднятия воды (рычаг, ворот) - около 50% опрошенных хозяйств -100 % населения пользуется

клин (разновидность наклонной плоскости) -100% населения; грабли, лопата, мотыга, кусачки, гвоздодеры и другие инструменты (рычаги) - 100% населения.

 

Полный текст статьи см. в приложении.