Una leva è un corpo rigido che può ruotare attorno a un punto fisso.

Il punto fisso si chiama fulcro.

Un noto esempio di leva è lo swing (Fig. 25.1).

Quando due persone su un'altalena si bilanciano? Cominciamo con le osservazioni. Naturalmente avrete notato che due persone su un'altalena si bilanciano tra loro se hanno all'incirca lo stesso peso e sono approssimativamente alla stessa distanza dal fulcro (Fig. 25.1, a).

Riso. 25.1. Condizione di equilibrio dell'altalena: a - persone di uguale peso si equilibrano quando siedono a uguale distanza dal fulcro; b - persone di peso diverso si bilanciano tra loro quando quello più pesante si trova più vicino al fulcro

Se questi due hanno un peso molto diverso, si bilanciano solo a condizione che quello più pesante sia molto più vicino al fulcro (Fig. 25.1, b).

Passiamo ora dalle osservazioni agli esperimenti: troviamo sperimentalmente le condizioni per l'equilibrio della leva.

Mettiamo esperienza

L'esperienza mostra che carichi di uguale peso bilanciano la leva se sono sospesi alla stessa distanza dal fulcro (Fig. 25.2, a).

Se i carichi hanno pesi diversi, allora la leva è in equilibrio quando il carico più pesante è tante volte più vicino al fulcro, quante volte il suo peso è maggiore del peso del carico leggero (Fig. 25.2, b, c).

Riso. 25.2. Esperimenti per trovare la condizione di equilibrio della leva

Condizione di equilibrio della leva. La distanza dal fulcro alla retta lungo la quale agisce la forza è chiamata spalla di questa forza. Siano F 1 e F 2 le forze agenti sulla leva dal lato dei carichi (vedi schemi a destra della Fig. 25.2). Indichiamo le spalle di queste forze rispettivamente come l 1 e l 2 . I nostri esperimenti hanno dimostrato che la leva è in equilibrio se le forze F 1 e F 2 applicate alla leva tendono a ruotarla in direzioni opposte e i moduli delle forze sono inversamente proporzionali alle spalle di queste forze:

F 1 / F 2 \u003d l 2 / l 1.

Questa condizione per l'equilibrio di una leva fu stabilita sperimentalmente da Archimede nel 3° secolo aC. e.

Puoi studiare la condizione di equilibrio della leva dall'esperienza nel lavoro di laboratorio n. 11.

Una leva è un corpo rigido che può ruotare attorno a un punto fisso. Viene chiamato il punto fisso fulcro. Viene chiamata la distanza dal fulcro alla linea d'azione della forza spalla questa forza.

Condizione di bilanciamento della leva: la leva è in equilibrio se le forze applicate alla leva F1 e F2 tendono a ruotarlo in direzioni opposte e i moduli di forze sono inversamente proporzionali alle spalle di queste forze: F1/F2 = l 2 / l 1 Questa regola è stata stabilita da Archimede. Secondo la leggenda, esclamò: Dammi un punto d'appoggio e solleverò la terra .

Per la leva, "regola d'oro" della meccanica (se si possono trascurare l'attrito e la massa della leva).

Applicando una certa forza a una leva lunga, è possibile sollevare un carico con l'altra estremità della leva, il cui peso è molto maggiore di questa forza. Ciò significa che utilizzando la leva finanziaria, puoi ottenere un aumento di forza. Quando si utilizza la leva, il guadagno di forza è necessariamente accompagnato dalla stessa perdita lungo il percorso.

Momento di potere. regola del momento

Viene chiamato il prodotto del modulo di forza e del suo braccio momento di forza.M = Fl , dove M è il momento della forza, F è la forza, l è il braccio della forza.

regola del momento: la leva è in equilibrio se la somma dei momenti delle forze che cercano di farla ruotare in un senso è uguale alla somma dei momenti delle forze che cercano di farla ruotare nel senso opposto. Questa regola vale per qualsiasi corpo rigido che può ruotare attorno a un asse fisso.

Il momento della forza caratterizza l'azione rotante della forza. Questa azione dipende sia dalla forza che dalla spalla. Ecco perché, ad esempio, quando si vuole aprire una porta, si cerca di applicare la forza il più lontano possibile dall'asse di rotazione. Con l'aiuto di una piccola forza, viene creato un momento significativo e la porta si apre. È molto più difficile aprirlo facendo pressione vicino ai cardini. Per lo stesso motivo, un dado è più facile da svitare con una chiave più lunga, una vite è più facile da rimuovere con un cacciavite con impugnatura più larga, ecc.

L'unità SI del momento della forza è metro newton (1 N*m). Questo è un momento di forza 1 N, avente una spalla di 1 m.

Sezioni: Fisica

Tipo di lezione: lezione di apprendimento

Obiettivi della lezione:

• Educativo:
  • familiarità con l'uso di meccanismi semplici in natura e tecnologia;
  • formare le capacità di analisi delle fonti di informazione;
  • stabilire sperimentalmente la regola di equilibrio della leva;
  • formare la capacità degli studenti di condurre esperimenti (esperimenti) e trarne conclusioni.
• Sviluppando:
  • sviluppare la capacità di osservare, analizzare, confrontare, generalizzare, classificare, redigere diagrammi, formulare conclusioni sul materiale studiato;
  • sviluppare l'interesse cognitivo, l'indipendenza di pensiero e l'intelletto;
  • sviluppare un discorso orale competente;
  • sviluppare abilità pratiche.
• Educativo:
  • educazione morale: l'amore per la natura, il senso di aiuto fraterno, l'etica del lavoro di gruppo;
  • l'educazione alla cultura nell'organizzazione del lavoro educativo.

Concetti basilari:

• meccanismi
• leva
• spalla di forza
• bloccare
• cancello
• piano inclinato
• cuneo
• vite

Attrezzatura: computer, presentazione, dispense (schede di lavoro), leva su treppiede, una serie di pesi, un laboratorio sul tema "Meccanica, meccanismi semplici".

DURANTE LE LEZIONI

I. Fase organizzativa

1. Saluto.
2. Determinazione degli assenti.
3. Verifica della preparazione degli studenti per la lezione.
4. Verifica della preparazione dell'aula per la lezione.
5. Organizzazione dell'attenzione .

II. Fase di controllo dei compiti

1. Rivelando il fatto che i compiti erano fatti da tutta la classe.
2. Controllo visivo delle attività nella cartella di lavoro.
3. Individuazione delle ragioni del mancato adempimento del compito da parte dei singoli studenti.
4. Domande sui compiti.

III. La fase di preparazione degli studenti all'assimilazione attiva e consapevole di nuovo materiale

“Potrei girare la Terra con una leva, dammi solo un fulcro”

Archimede

Indovina gli indovinelli:

1. Due anelli, due estremità e garofani nel mezzo. ( Forbici)

2. Due sorelle si sono dondolate: hanno cercato la verità e, quando l'hanno raggiunta, si sono fermate. ( Bilancia)

3. Archi, fiocchi - tornerai a casa - allungati. ( Ascia)

4. Che tipo di gigante dei miracoli?
Allunga la mano verso le nuvole
Facendo un lavoro:
Aiuta a costruire una casa. ( Gru)

- Guarda di nuovo attentamente le risposte e chiamale con una parola. "Strumento, macchina" in greco significa "meccanismi".

Meccanismo- dalla parola greca "????v?" - attrezzo, costruzione.
La macchina- dalla parola latina " macchina" – costruzione.

- Si scopre che un normale bastone è il meccanismo più semplice. Chissà come si chiama?
- Formuliamo insieme l'argomento della lezione: ....
– Aprire dei quaderni, annotare la data e l'argomento della lezione: “Meccanismi semplici. Condizioni di equilibrio della leva.
- Qual è l'obiettivo che dovremmo porci oggi con te nella lezione ...

IV. Fase di assimilazione di nuove conoscenze

“Potrei girare la Terra con una leva, dammi solo un punto di appoggio” - queste parole, che sono l'epigrafe della nostra lezione, diceva Archimede più di 2000 anni fa. E la gente ancora li ricorda e passa di bocca in bocca. Come mai? Aveva ragione Archimede?

- Le leve iniziarono ad essere usate dalle persone nei tempi antichi.
A cosa pensi che servano?
- Naturalmente, per facilitare il lavoro.
- La prima persona ad usare la leva fu il nostro lontano antenato preistorico, che muoveva pietre pesanti con un bastone alla ricerca di radici commestibili o piccoli animali nascosti sotto le radici. Sì, sì, perché una normale levetta che ha un fulcro attorno al quale può essere ruotata è la vera leva.
Ci sono molte prove che nei paesi antichi - Babilonia, Egitto, Grecia - i costruttori usassero ampiamente leve per sollevare e trasportare statue, colonne e enormi pietre. A quel tempo non conoscevano la legge della leva, ma sapevano già bene che la leva in mani capaci trasforma un carico pesante in uno leggero.
Leva- è parte integrante di quasi tutte le moderne macchine, macchine utensili, meccanismi. L'escavatore scava un fossato: il suo "braccio" di ferro con un secchio funge da leva. Il conducente cambia la velocità dell'auto utilizzando la leva del cambio. Il farmacista appende le polveri su una bilancia da farmacia molto precisa, la parte principale di queste bilance è la leva.
Scavando aiuole in giardino, la pala nelle nostre mani diventa anche una leva. Tutti i tipi di bilancieri, maniglie e cancelli sono tutte leve.

- Facciamo conoscenza con semplici meccanismi.

La classe è divisa in sei gruppi sperimentali:

1° studia il piano inclinato.
2° esamina la leva.
Il 3° sta studiando il blocco.
4 esamina il cancello.
5 esamina il cuneo.
6 esamina la vite.

Il lavoro viene svolto secondo la descrizione proposta a ciascun gruppo nella scheda di lavoro. ( Appendice 1 )

Elaboriamo un diagramma sulla base delle risposte degli studenti. ( Appendice 2 )

- Quali meccanismi hai conosciuto ...
A cosa servono le macchine semplici? …

Leva- un corpo rigido che può ruotare attorno ad un supporto fisso. In pratica un bastone, una tavola, un piede di porco, ecc. possono svolgere il ruolo di leva.
La leva ha un fulcro e una spalla. Spalla- questa è la distanza più breve dal fulcro alla linea d'azione della forza (cioè la perpendicolare caduta dal fulcro alla linea d'azione della forza).
Solitamente le forze applicate alla leva possono essere considerate il peso dei corpi. Una delle forze che chiameremo forza di resistenza, l'altra - forza trainante.
Sull'immagine ( Appendice 4 ) vedi una leva a braccio uguale che viene utilizzata per bilanciare le forze. Un esempio di tale applicazione di una leva è una scala. Cosa pensi accadrà se una delle forze raddoppia?
Esatto, la bilancia andrà sbilanciata (mostra su scale normali).
Pensi che ci sia un modo per bilanciare il potere maggiore con il minore?

Ragazzi, vi consiglio durante mini esperimento ricavare la condizione di equilibrio per la leva.

Sperimentare

Ci sono leve di laboratorio sui tavoli. Scopriamo insieme a voi quando la leva sarà in equilibrio.
Per fare ciò, appendere un carico al gancio sul lato destro a una distanza di 15 cm dall'asse.

• Bilanciare la leva con un peso. Misura la tua spalla sinistra.
• Bilancia la leva, ma con due pesi. Misura la tua spalla sinistra.
• Bilancia la leva, ma con tre pesi. Misura la tua spalla sinistra.
• Bilancia la leva, ma con quattro pesi. Misura la tua spalla sinistra.

– Quali conclusioni si possono trarre:

• Dove c'è più forza, c'è meno leva.
• Quante volte è aumentata la forza, quante volte è diminuita la spalla,

- Formuliamo regola del bilanciamento della leva:

La leva è in equilibrio quando le forze che agiscono su di essa sono inversamente proporzionali alle spalle di queste forze.

- E ora prova a scrivere questa regola matematicamente, cioè la formula:

F 1 l 1 = F 2 l 2 => F 1 / F 2 \u003d l 2 / l 1

La regola dell'equilibrio per una leva è stata stabilita da Archimede.
Da questa regola segue che una forza minore può essere bilanciata da una leva di una forza maggiore.

Rilassamento: Chiudi gli occhi e coprili con i palmi delle mani. Immagina un foglio di carta bianca e prova a scrivere mentalmente il tuo nome e cognome su di esso. Metti un punto alla fine della voce. Ora dimentica le lettere e ricorda solo il punto. Dovrebbe sembrare che si muova da un lato all'altro con movimenti lenti e delicati. Sei rilassato... togli i palmi delle mani, apri gli occhi, stiamo tornando nel mondo reale pieni di forza ed energia.

V. Fase di consolidamento delle nuove conoscenze

1. Continua la frase ...

• La leva è... un corpo rigido che può ruotare attorno ad un supporto fisso
• La leva è in equilibrio se... le forze che agiscono su di esso sono inversamente proporzionali alle spalle di queste forze.
• Il braccio della forza è... la distanza più breve dal fulcro alla linea d'azione della forza (cioè la perpendicolare caduta dal fulcro alla linea d'azione della forza).
• La forza si misura in...
• La leva si misura in...
• Le macchine semplici sono... leva e sue varietà: - cuneo, vite; piano inclinato e sue varietà: cuneo, vite.
• Servono semplici meccanismi per... per guadagnare forza

2. Compila la tabella (da solo):

Trova meccanismi semplici nei dispositivi

CONTROLLO RECIPROCO

Trasferire la valutazione dopo la revisione tra pari nella tabella di autovalutazione.

Aveva ragione Archimede?

Archimede era sicuro che non ci fosse un carico così pesante che una persona non avrebbe sollevato: devi solo usare la leva.
Eppure Archimede ha esagerato le possibilità dell'uomo. Se Archimede avesse saputo quanto è grande la massa della Terra, probabilmente si sarebbe astenuto dall'esclamazione attribuitagli dalla leggenda: "Dammi un punto di appoggio, e solleverò la Terra!". Dopotutto, per spostare la terra di solo 1 cm, la mano di Archimede dovrebbe percorrere una distanza di 10 18 km. Si scopre che per spostare la Terra di un millimetro, il braccio lungo della leva deve essere maggiore del braccio corto di 100.000.000.000 di trilioni. una volta! La fine di questa spalla avrebbe percorso 1.000.000 di trilioni. chilometri (circa). E un tale viaggio richiederebbe molti milioni di anni per un uomo!... Ma questo è l'argomento di un'altra lezione.

VI. La fase di informazione agli studenti sui compiti, le istruzioni su come completarli

1. Riassumendo: quali cose nuove sono state apprese durante la lezione, come ha lavorato la classe, quale degli studenti ha lavorato particolarmente diligentemente (voti).

2. Compiti a casa

A tutti: § 55-56
Per chi lo desidera: fai un cruciverba sul tema “Meccanismi semplici in casa mia”
Individualmente: preparare messaggi o una presentazione "Leva nella fauna selvatica", "La forza delle nostre mani".

- Lezione completata! Addio, tutto il meglio per te!

Sai cos'è un blocco? Questo è un aggeggio così rotondo con un gancio, con l'aiuto del quale nei cantieri sollevano i carichi ad un'altezza.

Sembra una leva? Difficilmente. Tuttavia, il blocco è anche un semplice meccanismo. Si può inoltre parlare dell'applicabilità della legge di equilibrio della leva al blocco. Com'è possibile? Scopriamolo.

Applicazione della legge dell'equilibrio

Il blocco è un dispositivo costituito da una ruota con una scanalatura attraverso la quale viene fatto passare un cavo, una fune o una catena, nonché un supporto con un gancio fissato all'asse della ruota. Il blocco può essere fisso o mobile. Il blocco fisso ha un asse fisso e non si muove quando il carico viene sollevato o abbassato. Il blocco immobile aiuta a cambiare la direzione della forza. Dopo aver lanciato una corda su un tale blocco, sospeso in alto, possiamo sollevare il carico, mentre noi stessi siamo in basso. Tuttavia, l'uso di un blocco fisso non ci dà un guadagno di forza. Possiamo immaginare un blocco come una leva che ruota attorno a un supporto fisso: l'asse del blocco. Quindi il raggio del blocco sarà uguale alle spalle applicate su entrambi i lati delle forze: la forza di trazione della nostra corda con un carico da un lato e la gravità del carico dall'altro. Le spalle saranno uguali, rispettivamente, non c'è guadagno di forza.

Diversa è la situazione con il blocco mobile. Il blocco mobile si muove insieme al carico, come se giacesse su una fune. In questo caso il fulcro in ogni momento sarà nel punto di contatto del bozzello con la fune da un lato, il carico sarà applicato al centro del bozzello, dove è fissato all'asse, e il la forza di trazione sarà applicata nel punto di contatto con la fune sull'altro lato del blocco. Cioè, la spalla del peso corporeo sarà il raggio del blocco e la spalla della forza della nostra spinta sarà il diametro. Il diametro, come sapete, è il doppio del raggio, rispettivamente, le braccia differiscono in lunghezza di un fattore due e il guadagno in forza ottenuto utilizzando il blocco mobile è due. In pratica si utilizza una combinazione di un blocco fisso con un blocco mobile. Un blocco immobile fissato in alto non dà un guadagno di forza, ma aiuta a sollevare il carico stando in piedi sotto. E il blocco mobile, muovendosi insieme al carico, raddoppia la forza applicata, aiutando a sollevare carichi di grandi dimensioni in altezza.

La regola d'oro della meccanica

Sorge la domanda: i dispositivi utilizzati danno un guadagno di lavoro? Il lavoro è il prodotto della distanza percorsa per la forza applicata. Si consideri una leva con bracci che differiscono di un fattore due nella lunghezza del braccio. Questa leva ci darà un guadagno di forza due volte, tuttavia, il doppio della leva viaggerà il doppio. Cioè, nonostante l'aumento di forza, il lavoro svolto sarà lo stesso. Questa è l'uguaglianza di lavoro quando si utilizzano meccanismi semplici: quante volte guadagniamo in forza, quante volte perdiamo in distanza. Questa regola è chiamata la regola d'oro della meccanica., e si applica a tutti i meccanismi semplici. Pertanto, semplici meccanismi facilitano il lavoro di una persona, ma non riducono il lavoro svolto da lui. Aiutano semplicemente a tradurre un tipo di sforzo in un altro, più conveniente in una particolare situazione.