Золотое правило механики

Слайд 1. Золотое правило механики

Равенство работ при использовании простых механизмов. Физика, 7 класс

Слайд 2. Зачем нужны механизмы?

Человеку часто не хватает сил, чтобы поднять тяжелый груз. На помощь приходят простые механизмы: рычаг, блок, наклонная плоскость. Они позволяют «обмануть» природу и приложить меньше усилий. Но можно ли с их помощью получить выигрыш в работе?

Слайд 3. Вспомним основы

Механическая работа $A$ совершается, когда на тело действует сила $F$ и тело перемещается на расстояние $s$. Формула: $A=F\cdot s$. В простых механизмах мы меняем это соотношение: если сила уменьшается, то путь обязательно должен увеличиться.

Слайд 4. Выигрыш в силе — проигрыш в пути

Используя длинный рычаг, мы можем приложить силу, которая в несколько раз меньше веса тяжелого груза. Это позволяет поднимать предметы, которые мы не смогли бы сдвинуть руками.

Однако за это приходится платить: конец рычага, на который мы давим, проходит путь во столько же раз больше, во сколько раз мы выиграли в силе.

Слайд 5. Золотое правило механики

Во сколько раз мы выигрываем в силе, во столько же раз мы проигрываем в расстоянии.

Ни один из простых механизмов не дает выигрыша в работе.

Это фундаментальный закон физики: энергию нельзя получить «из ниоткуда».

Если трение отсутствует, работа приложенной силы равна работе по подъему груза.

Слайд 6. Пример с подвижным блоком

Неподвижный блок: дает удобство, меняя направление силы, но не дает выигрыша в силе ($F=P$).

Подвижный блок: дает выигрыш в силе в 2 раза ($F=P/2$), но требует вытянуть в 2 раза больше веревки.

Слайд 7. Геометрия рычага и равенство работ

Слайд 8. Зачем тогда использовать механизмы?

Если выигрыша в работе нет, зачем строить сложные краны? Ответ в наших возможностях. Человек не может развить силу в 10 000 Ньютонов, чтобы поднять плиту. Но он может приложить силу 500 Ньютонов в течение долгого времени на большом пути. Механизмы позволяют подстроить задачу под возможности человека или двигателя.

Слайд 9. Вопросы для обсуждения

Почему на практике работа, которую мы совершаем, всегда больше полезной работы по подъему груза?

Можно ли с помощью простого механизма получить выигрыш в мощности?

Как изменится путь, если мы захотим выиграть в силе в 10 раз?

Представьте, что трения нет совсем. Изменится ли Золотое правило механики?

Слайд 10. Главные выводы

Простые механизмы не дают выигрыша в работе.

Золотое правило: выигрыш в силе равен проигрышу в расстоянии.

Формула идеального механизма: $F_1\cdot s_1=F_2\cdot s_2$.

Механизмы нужны для преобразования силы и удобства выполнения работы.