Урок по физике "Применение правила равновесия рычага" 7 класс

45 Применение закона равновесия рычага к блоку.  «Золотое правило» механики Мы   уже   упоминали   о   разновидностях     рычага   –   вороте   и   блоке. Познакомимся с устройством блока.  Блок   –   это   устройство,   в   форме   колеса   с   желобом,   по   которому пропускают веревку или трос. Существуют два вида блоков – подвижный и неподвижный. Неподвижный блок – это блок, ось которого закреплена и при подъеме грузов не поднимается и не опускается. Подвижный   блок –  это   блок,  ось  которого   поднимается   и  опускается вместе с грузом. Вначале рассмотрим принцип действия неподвижного блока. Подвесим с одной стороны блока груз массой около 300 граммов, на него действует   сила   —   вес   тела   3   ньютона.   С   противоположной   стороны динамометр покажет такую же силу, если блок находится в равновесии.  Очевидно,   что   выигрыша   в   силе   неподвижный   блок   не   дает,   но   он изменяет направление действия силы. В данном случае блок действует как равноплечий рычаг. Рассмотрим подвижный блок. При его использовании видно, что сила, которая уравновешивает груз весом 4 ньютона, в два раза меньше  и равна 2 ньютона. То есть при использовании подвижного блока, мы выигрываем в силе в два раза.  Схематично на рисунке изобразим силы, действующие на блок и их плечи. Точка о – точка опоры рычага.  (ОХ1) – плечо силы (Р) «пэ». (ОХ2) – плечо силы (F) «эф». При этом расстояние (ОХ1) это и есть радиус данной окружности. Расстояние (ОХ2) – есть диаметр этой же окружности. То есть плечо ОХ2 в два раза больше плеча ОХ1. Из   условия   равновесия   рычага   следует,  что   сила  (F)   «эф»   в   два   раза меньше силы (Р) «пэ». ОХ1=r ОХ2=d=2r Сочетая   подвижный   и   неподвижный   блоки   можно   поднимать   груз   на высоту, стоя на земле. Еще   больший   выигрыш   в   силе   можно   получить,   если   использовать полиспаст – комбинация нескольких подвижных и неподвижных блоков.Такие   системы   используют,   например,   если   необходимо   вытянуть увязший внедорожник или во время спасательных работ в горах. Мы   рассматривали   случаи   применения   простых   механизмов   при совершении   работы,   когда   необходимо   было   меньшей   силой   уравновесить другую, большую силу.  Ответьте   на   вопрос  —  с  какой   силой   нужно   тянуть   свободный   конец каната вверх, чтобы поднять груз весом 50 ньютонов. Используя подвижный блок, получаем выигрыш в силе в два раза, значит, поднимать груз необходимо с силой не менее 25 ньютонов.  А как вы думаете, получаем ли мы при этом выигрыш в работе? Для ответа на этот вопрос проведем опыт.  Силы «эф» один и «эф» два на рычаге находятся в равновесии. Если рычаг придет в движение, то можно заметить, что точка приложения большей силы «эф» один опишет меньшую траекторию, а это значит, что пройденный путь также будет меньше.   Если измерить модули приложенных сил и   пути, то можно установить следующую закономерность: пути, пройденные точками  приложения сил на рычаге, обратно пропорциональны силам. То есть, если мы прикладываем силу к большему плечу, то выигрываем в силе, однако во столько же проигрываем в пути. Пользуясь свойством пропорции, преобразуем последнее равенство. Произведение силы на пройденный путь — есть работа. Запишем это в буквенном виде.  , . Мы пришли к выводу, что при использовании рычага выигрыша в силе не получают. Проведем аналогичный опыт с блоком. Подвесим груз, на него действует сила — вес тела «пэ». Поднимем его за свободный   конец   веревки   на   высоту   «аш».   При   этом   конец   веревки поднимется на высоту два «аш».  Подвижный   блок   позволяет   получить   выигрыш   в   силе   в   два   раза, следовательно,   сила,   которую   достаточно   приложить   для   подъема   данного груза,   половине равна       его   веса.Найдем работу, которую необходимо совершить для подъема груза на высоту, с использованием подвижного блока и без него и сравним их. Произведение веса тела на высоту «аш» — есть работа по подъему груза без   использования   простого   механизма.   Обозначим   ее   «а»   один. Обозначим   работу   с   использованием   блока   «а»   два.   Она   равна произведению силы «эф» на высоту «два» аш. Учтем в формуле, что сила равна тела. половине     веса   Левые части равенств одинаковы, следовательно, выигрыша в работе мы не получили. Не дает выигрыша в работе как подвижный, так и   неподвижный блок.   Используя простые механизмы, легко убедится, что выигрыша в работе мы не получаем. Уже  в древние  времена  было  установлено, что  какой  бы  механизм  не применяли, во сколько раз выигрываем в силе, во столько раз проигрываем в расстоянии. Это правило получило название «золотого правила» механики.