Учебный материал по формированию естественно-научной грамотности по теме "Простые механизмы"
методическая разработка по физике (7 класс)

Учебный материал по формированию естественно-научной грамотности по теме "Простые механизмы"

Автор: Гайнутдинова Резеда Николаевна, учитель физики МБОУ «Гимназия №14» г. Набережные Челны Республики Татарстан

Простые механизмы

С древних времён для облегчения своего труда человек использует различные механизмы – приспособления, преобразующие движение и силы (греч. «механэ» – машина, орудие). Все они устроены по-разному, но в них обязательно имеются так называемые простые механизмы – рычаг и (или) наклонная плоскость.

Рассмотрим простой механизм под названием наклонная плоскость (рис.1) и две её разновидности – винт и клин. Все они часто используются в технике.

Взгляните на рисунок. Пираты грузят бочки на корабль. Их можно поднять на верёвках, но для этого требуется большая сила. Вкатывая бочки по наклонному трапу, пираты прикладывают меньшую силу. Однако заметим, что выигрыш в силе не возникает «даром» – пиратам приходится вкатывать бочки по более длинному пути. Заметим также, что происходит изменение направления действия силы. Противодействуя весу бочки, они прикладывали бы силу, направленную вверх, а при ее вкатывании они прикладывают силу вправо вверх. 

Если наклонную плоскость «обмотать» вокруг цилиндра, мы получим другой механизм – винт. Обратимся к рисунку.

При помощи ножниц вырежем картонный треугольник (рис. «а»). Расположим его рядом с цилиндром (рис. «б»). Наклонной плоскостью служит ребро картона. Обернув треугольник вокруг цилиндра, мы получим винтовую наклонную плоскость (рис. «в»). Она служит для изменения направления и числового значения силы – как правило, получения выигрыша в силе. Поэтому для сильного стягивания деталей применяют винты и гайки. В них, соответственно, имеются внешняя и внутренняя резьбы, представляющие собой винтовые наклонные плоскости.

Винтовая наклонная плоскость используется также в домашних условиях, например, в штопоре и кухонном комбайне. Поворачивая рукоятку штопора по часовой стрелке, мы вызываем движение винта штопора вниз. При этом происходит преобразование движения: вращательное движение штопора приводит к его продвижению внутрь пробки. Аналогичное преобразование движения происходит и внутри кухонного комбайна – вращательное движение винта внутри него приводит к перемещению измельчаемых продуктов из комбайна в стоящую рядом посуду.

Рассмотрим теперь механизм клин, это вторая разновидность наклонной плоскости. Обратимся к рисунку.

Молот действует на клин сверху вниз. Однако клин раздвигает части полена влево и вправо. То есть клин изменяет направление действия силы. Кроме того, сила, с которой он раздвигает половинки полена, больше силы, с которой молот воздействует на клин (для этого его и применяют). То есть, клин изменяет числовое значение приложенной силы.

Клинья применяют в самых разнообразных случаях, но все они объединены общей целью: получить выигрыш в силе, то есть при помощи меньшей силы создать большую.

Второй простой механизм – рычаг.  Ещё до Нашей Эры люди начали применять рычаги в строительном деле. Например, на рисунке вы видите использование рычага для подъёма тяжестей при постройке пирамид в Египте. 

Рычагом называют твёрдое тело, которое может вращаться вокруг некоторой оси. 

Рычаг – это не обязательно длинный и тонкий предмет. Например, рычагом является любое колесо, так как оно может вращаться вокруг оси.

При помощи рычага можно маленькой силой уравновесить большую силу. Рычаг также имеет две разновидности – блок и ворот.

Рассмотрим, например, подъём ведра из колодца. Рычагом является колодезный ворот – бревно с прикреплённой к нему изогнутой ручкой. Ось вращения ворота проходит сквозь бревно. Меньшей силой служит сила руки человека, а большей силой – сила, с которой цепь тянет вниз.

Рассмотрим теперь вторую разновидность рычага – блоки. Они бывают подвижными и неподвижными.

Неподвижный блок представляет собой колесо с желобом для веревки. Колесо закреплено, оно может вращаться вокруг своей оси, но не может перемещаться. Концы веревки (троса) свисают вниз, к одному прикреплен груз, а к другом прикладывается сила. Если тянуть за трос вниз, то груз поднимается вверх.

Неподвижный блок  изменяет направление приложенной силы. Представьте, что вам надо поднять за веревку тяжелый груз вверх. Вам придется тянуть его вверх. Но если использовать неподвижный блок, то тянуть надо будет вниз, в то время как груз будет подниматься вверх. В этом случае вам будет проще, так как необходимая сила будет складываться из силы мышц и вашего веса.

Подвижный блок состоит всё из того же колеса с желобом для троса. Однако здесь закреплен один конец троса, а колесо подвижно. Колесо движется вместе с грузом.

Вес груза — это сила, направленная вниз. Его уравновешивают две силы, направленные вверх. Одну создает опора, к которой прикреплен трос, а другую тянущий за трос. Сила натяжения троса одинакова с обоих сторон, значит, между ними поровну распределяется вес груза. Поэтому каждая из сил в 2 раза меньше веса груза.

Задание №1. На основе предложенного текста заполните схему:

Задание №2.

Известные, ставшие крылатыми слова выдающегося математика, физика и инженера Древней Греции Архимеда Сиракузского: «Дайте, мне точку опоры, и я сдвину (переверну) Землю!» – означают, что даже самое сложное дело можно сделать, если будет на то благоприятная ситуация или условия. Напишите, о каком простом механизме говорит Архимед. Какие преобразования силы происходят на нем?

Задание №3. Установите соответствие между простыми механизмами и их схемами:

Задание №4.

Представьте, что вы – прораб строительной бригады. Во время работы вашей команде часто приходится поднимать грузы на высоту. Какие простые механизмы вы будете использовать для этого?

_________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Задание №5.

Разработать и написать текст-описание о применении первобытными людьми простых механизмов.

_________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

_________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

_________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

_________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

_________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

_________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

_________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________