Что нужно знать
Простые механизмы — это приспособления, которые помогают выполнять работу, изменяя величину или направление приложенной силы. К простым механизмам относятся рычаг, блок, наклонная плоскость, клин и винт. Рычаг — это твёрдое тело, которое может вращаться вокруг неподвижной опоры. Условие равновесия рычага: F1 * l1 = F2 * l2, где F1 и F2 — силы (Н), а l1 и l2 — плечи сил (м). Плечо силы — это расстояние от точки опоры до линии действия силы. Неподвижный блок изменяет направление силы, а подвижный блок позволяет получить выигрыш в силе в два раза. Наклонная плоскость помогает перемещать груз, прикладывая меньшую силу на большем расстоянии. Простые механизмы дают выигрыш в силе, но не дают выигрыша в работе: во сколько раз выигрываем в силе, во столько же раз проигрываем в расстоянии. Например, длинным ломом можно приподнять тяжёлый камень, прикладывая сравнительно небольшую силу. Типичная ошибка учеников — считать, что простой механизм позволяет одновременно уменьшить силу и не увеличивать расстояние перемещения груза.
Тест: 12 вопросов
Выберите ответ в каждом вопросе и нажмите «Проверить ответы» — появятся правильные ответы и пояснения.
1. Что называют простыми механизмами?
- Устройства, которые создают дополнительную энергию
- Приборы, которые измеряют механическую работу
- Приспособления, которые помогают изменять величину или направление силы
- Приборы, которые увеличивают массу тела
Простые механизмы облегчают выполнение работы, изменяя величину или направление приложенной силы.
2. Какой из перечисленных предметов является простым механизмом?
- Электрическая лампа
- Термометр
- Секундомер
- Наклонная плоскость
Наклонная плоскость относится к простым механизмам и позволяет поднимать грузы, прикладывая меньшую силу.
3. Что называют плечом силы?
- Расстояние от точки опоры до линии действия силы
- Расстояние от центра тела до его края
- Расстояние, которое проходит тело за одну секунду
- Произведение силы на пройденный путь
Плечо силы — это кратчайшее расстояние от точки опоры до линии действия силы. В СИ оно измеряется в метрах.
4. В каких единицах СИ измеряется момент силы?
- Джоуль
- Ньютон-метр
- Метр
- Ньютон
Момент силы равен произведению силы на её плечо: M = F * l. Сила измеряется в ньютонах, плечо — в метрах, поэтому единица момента силы — Н·м.
5. Какое условие необходимо для равновесия рычага?
- F1 * F2 = l1 * l2
- F1 / l1 = F2 * l2
- F1 * l1 = F2 * l2
- F1 + l1 = F2 + l2
Рычаг находится в равновесии, когда моменты сил, вращающих его в противоположных направлениях, равны.
6. Почему с помощью неподвижного блока удобнее поднимать груз?
- Он уменьшает вес груза в два раза
- Он увеличивает массу груза
- Он позволяет получить выигрыш в работе
- Он изменяет направление приложенной силы
Неподвижный блок не даёт выигрыша в силе, но позволяет тянуть верёвку вниз, поднимая груз вверх.
7. Какой выигрыш в силе даёт идеальный подвижный блок?
- В 2 раза
- В 3 раза
- В 4 раза
- В 5 раз
В идеальном подвижном блоке груз поддерживают две ветви верёвки, поэтому для его подъёма требуется сила в два раза меньше веса груза.
8. Какое утверждение соответствует правилу равновесия рычага?
- Равновесие рычага не зависит от расстояния до точки опоры
- Чем длиннее плечо силы, тем меньшую силу нужно приложить для создания того же момента
- Чем длиннее плечо силы, тем большую силу нужно приложить для создания того же момента
- Силы на обоих концах рычага всегда должны быть одинаковыми
По условию равновесия F1 * l1 = F2 * l2. При увеличении плеча необходимая сила для создания такого же момента уменьшается.
9. Для чего используют наклонную плоскость при подъёме тяжёлых предметов?
- Чтобы увеличить работу, совершаемую при подъёме
- Чтобы уменьшить массу поднимаемого предмета
- Чтобы уменьшить необходимую силу за счёт увеличения пути
- Чтобы полностью устранить действие силы тяжести
Наклонная плоскость позволяет поднимать груз с меньшей силой, но перемещать его на большее расстояние.
10. На короткое плечо рычага действует сила 60 Н на расстоянии 0,2 м от точки опоры. Какую силу нужно приложить к другому плечу длиной 0,6 м для равновесия?
По условию равновесия рычага F1 * l1 = F2 * l2. F2 = 60 * 0,2 / 0,6 = 20 Н.
11. С помощью идеального подвижного блока поднимают груз весом 200 Н. Какую силу необходимо приложить к свободному концу верёвки?
Подвижный блок даёт выигрыш в силе в два раза. F = 200 / 2 = 100 Н.
12. Рычаг находится в равновесии. На одно плечо длиной 0,4 м действует сила 30 Н. Какой момент силы действует на это плечо?
- 30 Н·м
- 12 Н·м
- 7,5 Н·м
- 75 Н·м
Момент силы рассчитывается по формуле M = F * l. M = 30 * 0,4 = 12 Н·м.