Прості механізми. Похила площина

• Назад до змісту

ПИТАННЯ ДЛЯ ОБГОВОРЕННЯ. На заставці до параграфа ви можете побачити майже всі види простих механізмів, що їх використовують люди протягом тисяч років.

Чому ці пристрої виявилися такими «стійкими»?

Прості механізми залишаються актуальними протягом тисяч років, тому що вони значно полегшують виконання фізичної роботи. Вони дозволяють змінювати величину або напрямок сили, що зменшує зусилля, необхідне для виконання завдань. Їхня простота, ефективність і універсальність роблять їх незамінними в побуті, будівництві та промисловості.

Які прості механізми є у вас удома?

Удома можна знайти такі прості механізми:

• Важіль: дверні ручки, ножиці.
• Колесо на осі: колеса велосипеда або візка.
• Похила площина: пандуси або похилі полиці.
• Гвинт: шурупи, лампочки.
• Клин: сокира.

Розгляньте рис. 1.1. Як блок флагштока змінює напрямок сили? Збільшується чи зменшується значення прикладеної сили, коли ми відкриваємо кран? Чому ми можемо стверджувати, що коловорот одночасно змінює і значення, і напрямок сили?

Як блок флагштока змінює напрямок сили?

Блок флагштока змінює напрямок сили, дозволяючи піднімати прапор вертикально.

Збільшується чи зменшується значення прикладеної сили, коли ми відкриваємо кран?

Коли ми відкриваємо кран, значення прикладеної сили зменшується завдяки використанню важеля. Важіль дозволяє прикладати меншу силу для виконання роботи.

Чому ми можемо стверджувати, що коловорот одночасно змінює і значення, і напрямок сили?

Коловорот змінює значення сили, оскільки дозволяє отримати виграш у силі через більший радіус обертання ручки. Він також змінює напрямок сили: сила прикладається по колу, а результатом є підйом або переміщення вантажу вертикально чи горизонтально.

Контрольні запитання

1. Для чого використовують прості механізми?

Прості механізми використовують для зміни значення або напрямку сили, що полегшує виконання фізичної роботи.

2. Які є види простих механізмів?

• Важіль
• Похила площина
• Клин
• Гвинт
• Колесо на осі
• Блок

3. Назвіть різновиди похилої площини та важеля. Наведіть приклади їх застосування.

Похила площина: пандуси, ескалатори, гвинти (різновид похилої площини). Приклад: пандус для підйому візків.

Важіль: ножиці, дверні ручки, гойдалки. Приклад: відкривання дверей за допомогою ручки.

4. Які спільні риси мають прості механізми?

• Змінюють значення та/або напрямок сили.
• Дають виграш у силі, але супроводжуються програшем у відстані.
• Простота конструкції та універсальність використання.

5. За якою формулою визначають виграш у силі?

Виграш у силі визначають за формулою:

де:

• $F_{1}$— вихідна сила,
• $F_{2}$— прикладена сила,
• $l$— довжина похилої площини,
• $h$— висота підйому.

Вправа 1

1. Який простий механізм використовують для завантаження багажу в літак (рис. 1)?

Для завантаження багажу в літак використовують похилу площину у вигляді конвеєра.

Що змінює цей механізм?

Цей механізм змінює одночасно значення і напрямок сили. Похила площина дозволяє піднімати важкі предмети (багаж) з прикладанням меншої сили, ніж потрібно було б для вертикального підйому.

2. Установіть відповідність між зображенням простого механізму (1-4) та його назвою (А-Д).

1 — Б (Важіль) - терези на зображенні 1 є прикладом важеля

2 — В (Клин) - ніж розрізає хліб, діючи як клин

3 — Д (Гвинт) - спіральна конструкція на зображенні 3 є гвинтом

4 — Г (Коловорот) - колодязь з відром

3. Які властивості похилої площини ми використовуємо, піднімаючись гірським «серпантином»?

Піднімаючись гірським «серпантином», ми використовуємо такі властивості похилої площини:

• Зменшення значення сили, необхідної для підйому (виграш у силі)
• Зміна напрямку руху з вертикального на похилий
• Можливість долати велику висоту, прикладаючи меншу силу, але проходячи більшу відстань (компроміс між силою та відстанню)

4. Які прості механізми входять до складу ножиць? до складу бура (рис. 2)?

До складу ножиць входить:

• Важіль (два важелі, що перетинаються в точці опори)

До складу бура (рис. 2) входять:

• Гвинт (спіралеподібна частина, що є різновидом похилої площини)
• Важіль (ручки для обертання)

5. Який максимальний виграш у силі дає похила площина, якщо за її допомогою рівномірно піднімають тіло масою 80 кг на висоту 2 м, прикладаючи силу 400 Н? Якою є довжина цієї похилої площини?

Визначимо вагу тіла:

Знайдемо виграш у силі:

Визначимо довжину похилої площини (ll):

$\dfrac{F_1}{F_2} = \dfrac{l}{h}$,

звідки $l = \dfrac{F_1}{F_2} \cdot h$

Підставимо дані:

$l = 1,96 \cdot 2 = 3,92 \, \text{м}$.

Відповідь: Максимальний виграш у силі становить 1.96, а довжина похилої площини — 3.92 м.