Работа и простые механизмы

В физике простыми механизмами называют приспособлении типа рычагов или винтов. Они предназначены для того, чтобы уменьшить необходимое для производства работы усилие человека и использовать это усилие наиболее эффективно. Часто несколько простых механизмов соединяют вместе. В результате получаются более сложные механизмы — сверла, часы. Колесо — одно из важнейших изобретений человечества. На нем основано действие многих механизмов.

Тягловая сила быков и усилие человека заставляют плуг двигаться, значит, производиться работаРабота и мощность

Работа — физический термин, применяемый при рассмотрении движении тела под воздействием силы. Работа производится только тогда, когда есть передвижение тела и направлении действия силы. Тягловая сила быков и усилие человека заставляют плуг двигаться, значит, производиться работа. человек толкает ящик на 3 метраРабота — это передача энергии от одного тела к другому. Как и энергия, работа измеряется в джоулях (Дж). 1 Дж равен работе (и затраченной энергии), произведенной при передвижении тела на 1 метр силой в 1 Н. Челочек, толкает ящик на З метра, прикладывая силу в 100 Н. Значит, проделана работа и в 300 Дж.

Мощность — это скорость, с которой производится работа (или передается энергия). Единица мощности — ватт (Вт); названа и честь Джеймса Уатта (см. статью «Двигатели»). Что­бы вычислить мощность, нужно работу разделить на затраченное на нее время. Если мы хотим передвинуть этот ящик не за 2 минуты, а за одну, то нам потребуется вдвое большая мощность.

Нагрузка равна силе, развиваемой отверткой; она больше, чем затраченное человеком усилиеУсилие и нагрузка 

Чтобы сдвинуть тело с места, необходи­мо преодолеть известную силу, называемую нагрузкой; часто это просто вес тела. Простые механизмы помогают человеку более эффективно использовать прилагаемое усилие. Нагрузка равна силе, развиваемой отверткой; она больше, чем затраченное человеком усилие. Усилие — это сила, поворачивающая рукоятку. Разделив нагрузку на усилие, мы получим отношение, называемое выигрышем в силе. Сжимая ручки щипцов, мы прикладываемСжимая ручки щипцов, мы прикладываем к ним силу в 1 Н к ним силу в 1 Н. При этом нам необходимо преодолеть нагружу в 4 Н, чтобы расколоть орех. Значит, выигрыш в силе равен 4:1. Если выигрыш в силе равен 4:1, это значит, что сила, прикладываемая механизмом к объекту, вчетверо превышает усилие человека. Такие механизмы называются усилителями.

Рычаги 

Рычаг — это стержень, поворачивающийся вокруг неподвижной точки опоры. рычаг третьего типа рука человекаРычаг облегчает манипуляции с тяжелыми грузами. Типы рычагов различаются положением точки опоры по отношению к месту приложения усилия и нагрузки. В рычагах первого типа точка опоры находится между точками приложении усилии и нагрузки. В рычагах второго типа па группа находится между точкой приложения усилии и точкой опоры. В рычагах третьего типа (см. рис.) усилие прикладывается между нагрузкой и точкой опоры. Чем дальше точка опоры от места усилия, тем легче работать с рычагом (подробнее об этом читайте в статье «Силы», раздел «Вращающие силы»). Естественно, чаще используются более длинные рычаги.

Колесо

Когда колесо поворачивается, то на его ось действует большая сила, чем на обод. Этот эффект используется для получения выигрыша в силе, например в рулевом колесе. Чем больше руль, тем легче поворачивается его ось. Когда колесо фонографа поворачивается, на ось воздействует сила, достаточная для действия механизма. При повороте оси колесо переводит вращательное движение в  прямолинейное движение, благодаря чему с его помощью возможно перемещение грузов. Точки обода колеса проходят большее расстояние, чем ось, т.к. диаметр колеса больше диаметра оси. Колесики роликовых коньков поворачиваются вокруг своих осей, и благодаря этому ботинок движется прямолинейно.

Зубчатая передача используется в различных сложных машинахЗубчатая передача 

Зубчатая передача используется в различных сложных машинах, от автомобиля до часов, для изменения вращающей силы и скорости вращения. В такой передаче изменяется направление и величина вращающего усилия. Для зубчатой передачи необходимы два и более зубчатых колеса; зубцы одного точно входят в пазы другого. Тогда вращение одного ко­леса вызывает вращение другого. Большая шестерня заставляет маленькую вращаться быстрее, и наоборот. Действие механических часов основано на сложной системе взаимосвязанных зубчатых колес.

Спиральная лестница – это тот же винтВинты

Винт — это стержень с резьбой, т. е. его можно рассматривать как наклонную плоскость, «надетую» на цилиндр. Стержень — это цилиндр, а резь­ба — наклонная плоскость. Чтобы погрузить штопор в пробку, его приходится повернуть, много раз, но это всё же легче, чем вонзить его без вращения. Вращающая сила благодаря резьбе превращается в силу, действующую вдоль оси винта. Эта сила заставляет винт погружаться в препятствие. Спиральная лестница – это тот же винт. Идти по ней долго, тем не менее карабкаться вертикально вверх ещё труднее.

кран может поднять вчетверо больший грузБлок 

Блок облегчает подъем тяжелых грузов. На нем основано действие лифтов и кранов. Груз укрепляют на конце каната, переброшенного через колесо (или систему колес) с желобком на ободе. Если потянуть другой конец каната, груз начнет подниматься. Чтобы поднять тело при помощи блока, вы должны тянуть вниз: при этом вес нашего тела помогает процессу. Чем больше колес входит в блок, тем легче поднимать груз, так как его вес распределяется по большему участку каната. такой кран может поднять вчетверо больший груз, чем одноколесный блок, так как вес распределён по четырём участкам каната.

книга карандаш линейка рычагВот как работает рычаг первого типа. Положите на карандаш плоскую деревянную или металлическую полоску, например прочную линейку. На один коней линейки положите книгу. Нажмите на линейку с другой стороны, и книга поднимется. Попробуйте переместить карандаш под линейкой, и вы увидите, что чем длиннее рычаг, тем легче под­нимать груз.

Архимедов винт – древнейший механизм для перекачки воды из рекИспользование простых механизмов

Простые механизмы используются самыми разнообразными способами в составе более сложных ма­шин. В нашем теле, как и в телах животных, есть заложенные природой простые механизмы. Архимедов винт – древнейший механизм для перекачки воды из рек. Вода идёт вверх по наклонностям при вращении винта. Пропеллер – простейшая форма винтаПропеллер – простейшая форма винта. Он заставляет корабль двигаться в воде (см. статью «Плавучесть«), а самолёт – в воздухе (см. статью «Полёт«). Веер – это рычаг третьего типа. Когда вы обмахиваетесь веером, ваше запястье работает как точка опоры.

Наклонная плоскость 

Примерами наклонных плоскостей могут служить скат или склон холма. По наклонной плоскости поднимать грузы лег­че, чем вертикально, так как груз проходит большее расстояние, следовательно, для производства той же самой работы требуется меньшая сила.  Наклонная плоскость в 8 раз длиннее вертикальной линии, значит, на подъем груза необходима сила в 8 раз меньше. Строители египетских пирамид (подробнее об этом в статье «Строительство пирамид»), возможно, использовали спиралевидные наклонные плоскости для подъёма колоссальных каменных блоков на вершину пирамид. Высота самых больших пирамид около 146 метров.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован.