การใช้กฎสมดุลของคันโยกกับบล็อก: กฎทองของกลศาสตร์ แขนคันโยก. คันโยกสมดุล โมเมนต์แห่งแรง กฎทองของกลศาสตร์

คันโยกคือตัวถังที่แข็งแรงซึ่งสามารถหมุนรอบจุดคงที่ได้

จุดคงที่เรียกว่าจุดหมุน

ตัวอย่างคันโยกที่รู้จักกันดีคือการแกว่ง (รูปที่ 25.1)

เมื่อใดที่คนสองคนบนกระดานหกจะทรงตัวกัน?เริ่มจากข้อสังเกตกันก่อน แน่นอน คุณสังเกตเห็นว่าคนสองคนที่อยู่บนวงสวิงสมดุลกัน หากพวกเขามีน้ำหนักเท่ากันโดยประมาณ และอยู่ห่างจากจุดหมุนเท่ากันโดยประมาณ (รูปที่ 25.1, a)

ข้าว. 25.1. สภาพสมดุลของการสวิง: a - ผู้ที่มีน้ำหนักเท่ากันจะทรงตัวกันเมื่อนั่งในระยะห่างเท่ากันจากจุดศูนย์กลาง; b - คนที่มีน้ำหนักต่างกันจะทรงตัวกันเมื่อคนที่หนักกว่านั่งใกล้กับจุดศูนย์กลางมากขึ้น

หากทั้งสองมีน้ำหนักต่างกันมาก มันจะสมดุลกันก็ต่อเมื่ออันที่หนักกว่านั้นอยู่ใกล้จุดศูนย์กลางมากขึ้น (รูปที่ 25.1, b)

ตอนนี้เราเปลี่ยนจากการสังเกตไปสู่การทดลอง: ให้เราค้นหาเงื่อนไขสำหรับความสมดุลของคันโยกจากการทดลอง

มาใส่ประสบการณ์กันเถอะ

ประสบการณ์แสดงให้เห็นว่าน้ำหนักที่เท่ากันจะทำให้คันโยกสมดุลหากถูกแขวนไว้ในระยะห่างเท่ากันจากจุดศูนย์กลาง (รูปที่ 25.2, a)

หากน้ำหนักบรรทุกต่างกัน คันโยกก็จะอยู่ในภาวะสมดุลเมื่อน้ำหนักที่หนักกว่านั้นใกล้กับจุดศูนย์กลางมากกว่าหลายเท่าเนื่องจากน้ำหนักของมันมากกว่าน้ำหนักของน้ำหนักที่เบา (รูปที่ 25.2, b, c)

ข้าว. 25.2. การทดลองหาสภาวะสมดุลของคันโยก

สภาพสมดุลของคันโยกระยะห่างจากจุดศูนย์กลางถึงเส้นตรงที่แรงกระทำนั้นเรียกว่าแขนของแรงนี้ ให้เราแสดงด้วย F 1 และ F 2 แรงที่กระทำต่อคันโยกจากด้านข้างของโหลด (ดูแผนภาพทางด้านขวาของรูปที่ 25.2) ให้เราแสดงไหล่ของกองกำลังเหล่านี้เป็น l 1 และ l 2 ตามลำดับ การทดลองของเราแสดงให้เห็นว่าคันโยกอยู่ในสภาวะสมดุลหากแรง F 1 และ F 2 ที่กระทำกับคันโยกมีแนวโน้มที่จะหมุนไปในทิศทางตรงกันข้าม และโมดูลของแรงจะแปรผกผันกับแขนของแรงเหล่านี้:

ฉ 1 /ฉ 2 = ลิตร 2 /ล 1

สภาวะสมดุลของคันโยกนี้เกิดขึ้นจากการทดลองโดยอาร์คิมิดีสในศตวรรษที่ 3 ก่อนคริสต์ศักราช จ.

คุณสามารถศึกษาสภาวะสมดุลของคันโยกได้จากการทดลอง งานห้องปฏิบัติการ № 11.

ส่วน: ฟิสิกส์

ประเภทบทเรียน:บทเรียนในการเรียนรู้เนื้อหาใหม่

วัตถุประสงค์ของบทเรียน:

• เกี่ยวกับการศึกษา:
  • ความคุ้นเคยกับการใช้กลไกง่าย ๆ ในธรรมชาติและเทคโนโลยี
  • พัฒนาทักษะในการวิเคราะห์แหล่งข้อมูล
  • สร้างการทดลองกฎของสมดุลคันโยก
  • เพื่อพัฒนาความสามารถของนักเรียนในการทำการทดลอง (การทดลอง) และหาข้อสรุปจากพวกเขา
• เกี่ยวกับการศึกษา:
  • พัฒนาทักษะในการสังเกต วิเคราะห์ เปรียบเทียบ สรุป จำแนก วาดแผนภาพ กำหนดข้อสรุปตามเนื้อหาที่ศึกษา
  • พัฒนาความสนใจทางปัญญาความเป็นอิสระในการคิดและสติปัญญา
  • พัฒนาความรู้ คำพูดด้วยวาจา;
  • พัฒนาทักษะการปฏิบัติงานจริง
• เกี่ยวกับการศึกษา:
  • การศึกษาคุณธรรม: ความรักต่อธรรมชาติ ความรู้สึกช่วยเหลือซึ่งกันและกันอย่างเป็นมิตร จริยธรรมในการทำงานเป็นกลุ่ม
  • การปลูกฝังวัฒนธรรมในการจัดงานการศึกษา

แนวคิดพื้นฐาน:

• กลไก
• แขนคันโยก
• ความแข็งแรงของไหล่
• ปิดกั้น
• ประตู
• เครื่องบินเอียง
• ลิ่ม
• สกรู

อุปกรณ์:คอมพิวเตอร์ การนำเสนอ เอกสารประกอบคำบรรยาย (บัตรงาน) คันโยกบนขาตั้ง ชุดตุ้มน้ำหนัก ชุดห้องปฏิบัติการในหัวข้อ “กลศาสตร์ กลไกอย่างง่าย”

ระหว่างชั้นเรียน

I. เวทีองค์กร

1. คำทักทาย
2. การพิจารณาผู้ที่ขาดงาน
3. การตรวจสอบความพร้อมของนักเรียนในบทเรียน
4. ตรวจความพร้อมของห้องเรียนในการเรียน
5. องค์กรแห่งความสนใจ .

ครั้งที่สอง ขั้นตอนการตรวจการบ้าน

1. เปิดเผยว่าทำการบ้านเสร็จแล้วทั้งชั้น
2. การตรวจสอบงานในสมุดงานด้วยสายตา
3. ค้นหาสาเหตุของความล้มเหลวของนักเรียนแต่ละคนในการทำงานให้เสร็จสิ้น
4. คำถามเกี่ยวกับการบ้าน

สาม. ขั้นตอนการเตรียมนักเรียนให้พร้อมสำหรับการดูดซึมเนื้อหาใหม่อย่างกระตือรือร้นและมีสติ

“ฉันสามารถหมุนโลกได้ด้วยคันโยก เพียงแค่ให้จุดศูนย์กลางแก่ฉัน”

อาร์คิมีดีส

เดาปริศนา:

1. ห่วงสองวง ปลายทั้งสองข้าง และมีหมุดตรงกลาง - กรรไกร)

2. พี่สาวสองคนกำลังแกว่งไปมา - พวกเขากำลังแสวงหาความจริง และเมื่อพวกเขาทำสำเร็จ พวกเขาก็หยุด - ตาชั่ง)

3. เขาโค้ง เขาโค้ง - เขาจะกลับบ้าน - เขาจะยืดตัวออก - ขวาน)

4. นี่คือยักษ์มหัศจรรย์ชนิดใด?
เอื้อมมือของเขาไปที่ก้อนเมฆ
ใช้งานได้:
ช่วยสร้างบ้าน. - เครน )

– ดูคำตอบอย่างละเอียดอีกครั้งแล้วตั้งชื่อเป็นคำเดียว “อาวุธ เครื่องจักร” แปลจากภาษากรีกแปลว่า “กลไก”

กลไก– มาจากคำภาษากรีก “????v?” - อาวุธ, การก่อสร้าง.
รถ– มาจากคำภาษาละติน “ เครื่องจักร" – การก่อสร้าง.

– ปรากฎว่าแท่งธรรมดาเป็นกลไกที่ง่ายที่สุด ใครรู้บ้างว่ามันเรียกว่าอะไร?
– มากำหนดหัวข้อบทเรียนด้วยกัน: ….
– เปิดสมุดบันทึกของคุณ จดวันที่และหัวข้อบทเรียน: “ กลไกง่ายๆ- สภาวะสมดุลของคันโยก"
– วันนี้เราควรตั้งเป้าหมายอะไรให้กับคุณในชั้นเรียน...

IV. ขั้นตอนการดูดซึมความรู้ใหม่

“ ฉันสามารถหมุนโลกได้ด้วยคันโยก แค่ให้จุดศูนย์กลางแก่ฉัน” - คำพูดเหล่านี้ซึ่งเป็นบทสรุปของบทเรียนของเราถูกกล่าวโดย Archimedes เมื่อกว่า 2,000 ปีที่แล้ว แต่คนก็ยังจำและส่งต่อกันแบบปากต่อปาก ทำไม อาร์คิมีดีสพูดถูกหรือเปล่า?

– คนเริ่มใช้คันโยกในสมัยโบราณ
- คุณคิดว่ามีไว้เพื่ออะไร?
– แน่นอนว่าเพื่อให้การทำงานง่ายขึ้น
– บุคคลแรกที่ใช้คันโยกคือบรรพบุรุษยุคก่อนประวัติศาสตร์ที่อยู่ห่างไกลของเรา ซึ่งใช้ไม้เพื่อเคลื่อนย้ายก้อนหินหนักเพื่อค้นหารากที่กินได้หรือสัตว์เล็ก ๆ ที่ซ่อนอยู่ใต้ราก ใช่แล้ว ท้ายที่สุดแล้ว แท่งไม้ธรรมดาที่มีจุดหมุนอยู่รอบๆ ซึ่งสามารถหมุนได้นั้นเป็นคันโยกจริงๆ
มีหลักฐานมากมายว่าในประเทศโบราณ - บาบิโลน, อียิปต์, กรีซ - ผู้สร้างใช้คันโยกกันอย่างแพร่หลายในการยกและขนส่งรูปปั้น เสา และหินขนาดใหญ่ ในเวลานั้นพวกเขาไม่มีความคิดเกี่ยวกับกฎแห่งการงัด แต่พวกเขารู้ดีอยู่แล้วว่าคันโยกเข้ามา อยู่ในมือที่มีความสามารถเปลี่ยนภาระหนักให้เป็นภาระเบา
แขนคันโยก- เป็นส่วนสำคัญของเกือบทุกอย่าง รถสมัยใหม่,เครื่องจักร,กลไก. เครื่องขุดขุดคูน้ำ - "แขน" เหล็กที่มีถังทำหน้าที่เป็นคันโยก คนขับเปลี่ยนความเร็วของรถโดยใช้คันเกียร์ เภสัชกรแขวนผงไว้บนตาชั่งยาที่แม่นยำมาก ส่วนหลักของตาชั่งเหล่านี้คือคันโยก
เมื่อขุดเตียงในสวนพลั่วในมือของเราก็กลายเป็นคันโยกเช่นกัน แขนโยก มือจับ และประตูทุกชนิดล้วนเป็นคันโยก

- มาทำความรู้จักกับกลไกง่ายๆ กันดีกว่า

ชั้นเรียนแบ่งออกเป็นหกกลุ่มทดลอง:

ขั้นที่ 1 ศึกษาระนาบเอียง
ครั้งที่ 2 ตรวจสอบคันโยก
คนที่ 3 กำลังศึกษาบล็อก
ที่ 4 กำลังศึกษาประตู
ครั้งที่ 5 ศึกษาลิ่ม
ครั้งที่ 6 ศึกษาสกรู

งานจะดำเนินการตามคำอธิบายที่เสนอสำหรับแต่ละกลุ่มในบัตรงาน - ภาคผนวก 1 )

จากคำตอบของนักเรียน เราจัดทำไดอะแกรม - ภาคผนวก 2 )

– คุณคุ้นเคยกับกลไกอะไรบ้าง...
– กลไกง่ายๆ ใช้ทำอะไร? -

แขนคันโยก- ตัวถังแข็งสามารถหมุนรอบส่วนรองรับคงที่ได้ ในทางปฏิบัติ บทบาทของคันโยกสามารถเล่นได้ด้วยไม้ กระดาน ชะแลง ฯลฯ
คันโยกมีจุดศูนย์กลางและไหล่ ไหล่– นี่คือระยะทางที่สั้นที่สุดจากจุดศูนย์กลางถึงแนวการกระทำของแรง (เช่น เส้นตั้งฉากลดลงจากจุดศูนย์กลางถึงแนวการกระทำของแรง)
โดยทั่วไปแล้ว แรงที่ใช้กับคันโยกถือได้ว่าเป็นน้ำหนักของวัตถุ เราจะเรียกพลังอย่างหนึ่งว่าพลังต้านทาน และอีกพลังหนึ่งเรียกว่าแรงผลักดัน
บนภาพ ( ภาคผนวก 4 ) คุณจะเห็นคันโยกที่มีแขนเท่ากัน ซึ่งใช้ในการปรับสมดุลของแรง ตัวอย่างของการใช้เลเวอเรจดังกล่าวคือมาตราส่วน คุณคิดว่าจะเกิดอะไรขึ้นหากกองกำลังใดพลังหนึ่งเพิ่มขึ้นเป็นสองเท่า?
ถูกต้องตาชั่งจะไม่สมดุล (ฉันแสดงไว้บนตาชั่งธรรมดา)
คุณคิดว่ามีวิธีสร้างสมดุลระหว่างพลังที่มากขึ้นกับพลังที่น้อยลงหรือไม่?

เพื่อนๆ ผมขอแนะนำให้คุณเข้าคอร์สนี้นะครับ การทดลองขนาดเล็กหาสภาวะสมดุลของคันโยก

การทดลอง

มีคันโยกสำหรับห้องปฏิบัติการอยู่บนโต๊ะ เรามาดูกันว่าเมื่อใดที่คันโยกจะอยู่ในสภาวะสมดุล
ในการทำเช่นนี้ให้แขวนตุ้มน้ำหนักหนึ่งอันไว้บนตะขอทางด้านขวาโดยห่างจากแกน 15 ซม.

• ปรับสมดุลคันโยกด้วยน้ำหนักเดียว วัดไหล่ซ้ายของคุณ
• ปรับสมดุลคันโยก แต่มีสองน้ำหนัก วัดไหล่ซ้ายของคุณ
• ปรับสมดุลคันโยก แต่มีสามน้ำหนัก วัดไหล่ซ้ายของคุณ
• ปรับสมดุลคันโยก แต่มีสี่ตุ้มน้ำหนัก วัดไหล่ซ้ายของคุณ

– สิ่งที่สามารถสรุปได้:

• เมื่อมีความแข็งแกร่งมากขึ้น อำนาจก็จะน้อยลง
• หลายครั้งที่ความแข็งแกร่งเพิ่มขึ้น หลายครั้งที่ไหล่ลดลง

- มากำหนดกัน กฎความสมดุลของคันโยก:

คันโยกจะอยู่ในสภาวะสมดุลเมื่อแรงที่กระทำต่อคันโยกนั้นแปรผกผันกับแขนของแรงเหล่านี้

– ทีนี้ลองเขียนกฎนี้ทางคณิตศาสตร์ เช่น สูตร:

ฉ 1 ลิตร 1 = ฉ 2 ล. 2 => ฉ 1 / ฉ 2 = ลิตร 2 / ลิตร 1

กฎแห่งความสมดุลของคันโยกก่อตั้งขึ้นโดยอาร์คิมิดีส
จากกฎนี้เป็นไปตามนี้ว่าแรงที่น้อยกว่าสามารถใช้เพื่อปรับสมดุลของแรงที่ใหญ่กว่าได้โดยใช้คันโยก

การพักผ่อน: หลับตาแล้วเอาฝ่ามือปิดไว้ ลองนึกภาพกระดาษขาวแผ่นหนึ่งแล้วลองเขียนชื่อและนามสกุลของคุณในใจ วางจุดไว้ท้ายรายการ ตอนนี้ลืมตัวอักษรและจำเฉพาะช่วงเวลาเท่านั้น มันควรจะดูเหมือนคุณเคลื่อนไหวจากด้านหนึ่งไปอีกด้านด้วยการเคลื่อนไหวช้าๆ ที่นุ่มนวล คุณได้ผ่อนคลายแล้ว... เอาฝ่ามือออก ลืมตา คุณและฉันกำลังกลับสู่โลกแห่งความเป็นจริงที่เต็มไปด้วยความแข็งแกร่งและพลังงาน

V. ขั้นตอนการรวมความรู้ใหม่

1. ต่อประโยค...

• ลีเวอร์คือ... ร่างกายแข็งเกร็งที่สามารถหมุนได้โดยมีจุดรองรับคงที่
• คันโยกจะทรงตัวถ้า... แรงที่กระทำต่อแรงนั้นแปรผกผันกับแขนของแรงเหล่านี้
• การใช้อำนาจคือ... ระยะทางที่สั้นที่สุดจากจุดศูนย์กลางถึงแนวการกระทำของแรง (เช่น เส้นตั้งฉากหลุดจากจุดศูนย์กลางไปยังแนวการกระทำของแรง)
• ความเข้มแข็งวัดกันที่...
• เลเวอเรจวัดใน...
• กลไกง่ายๆ ได้แก่... คันโยกและแบบต่างๆ: – ลิ่ม, สกรู; ระนาบเอียงและพันธุ์: ลิ่ม, สกรู
• กลไกง่ายๆ เป็นสิ่งจำเป็นสำหรับ... เพื่อให้ได้มาซึ่งอำนาจ

2. กรอกตาราง (ด้วยตัวเอง):

ค้นหากลไกง่ายๆ ในอุปกรณ์

การควบคุมซึ่งกันและกัน

โอนการประเมินหลังจากการควบคุมร่วมกันไปยังการ์ดการประเมินตนเอง

อาร์คิมีดีสพูดถูกหรือเปล่า?

อาร์คิมิดีสแน่ใจว่าไม่มีของหนักอย่างที่คนยกไม่ได้ เขาแค่ต้องใช้คันโยก
แต่ถึงกระนั้นอาร์คิมิดีสก็เกินความสามารถของมนุษย์- ถ้าอาร์คิมิดีสรู้ว่ามวลมหาศาลขนาดไหน โลกถ้าอย่างนั้นเขาคงจะละเว้นจากอัศเจรีย์ที่เล่าขานว่าเป็นของเขาตามตำนาน: “ให้จุดสนับสนุนแก่ฉันแล้วฉันจะยกโลก!” ท้ายที่สุดแล้ว หากต้องการขยับโลกเพียง 1 ซม. มือของอาร์คิมิดีสจะต้องเดินทาง 10-18 กม. ปรากฎว่าในการเคลื่อนโลกหนึ่งมิลลิเมตร แขนยาวของคันโยกจะต้องมากกว่าแขนสั้น 100,000,000,000 ล้านล้าน ครั้งหนึ่ง! ปลายแขนนี้จะเดินทางได้ 1,000,000 ล้านล้าน กิโลเมตร (โดยประมาณ) และคนเราต้องใช้เวลาหลายล้านปีในการเดินทางบนถนนสายนี้!.. แต่นี่คือหัวข้อของบทเรียนอื่น

วี. ขั้นตอนการให้ข้อมูลแก่นักเรียนเกี่ยวกับการบ้านคำแนะนำวิธีการทำให้เสร็จ

1. สรุป: บทเรียนได้เรียนรู้สิ่งใหม่อะไรบ้าง ชั้นเรียนทำงานอย่างไร ซึ่งนักเรียนทำงานอย่างขยันขันแข็งเป็นพิเศษ (เกรด)

2. การบ้าน

ทุกคน: § 55-56
สำหรับผู้ที่สนใจ: สร้างปริศนาอักษรไขว้ในหัวข้อ “กลไกง่ายๆ ที่บ้านของฉัน”
ทีละราย: เตรียมข้อความหรือการนำเสนอ "คันโยกในสัตว์ป่า" "พลังแห่งมือของเรา"

- ชั้นเรียนจบแล้ว! ลาก่อนสิ่งที่ดีที่สุดสำหรับคุณ!

คันโยกคือตัวถังที่แข็งแรงซึ่งสามารถหมุนรอบจุดคงที่ได้ จุดคงที่เรียกว่า ศูนย์กลาง- เรียกว่าระยะทางจากจุดศูนย์กลางถึงแนวออกแรง ไหล่พลังนี้

สภาพสมดุลของคันโยก: คันโยกอยู่ในสภาวะสมดุลหากแรงที่กระทำกับคันโยก ฉ 1และ ฉ 2มีแนวโน้มที่จะหมุนไปในทิศทางตรงกันข้าม และโมดูลของแรงจะแปรผกผันกับไหล่ของแรงเหล่านี้: ฟ 1 /ฟ 2 = ลิตร 2 /ลิตร 1กฎนี้ตั้งขึ้นโดยอาร์คิมีดีส ตามตำนานเขาอุทานว่า: ตั้งหลักให้ฉันหน่อยแล้วฉันจะยกโลกขึ้นมา .

สำหรับคันโยกนั้นก็สมหวังแล้ว « กฎทอง» กลศาสตร์ (หากละเลยแรงเสียดทานและมวลของคันโยกได้)

ด้วยการใช้แรงบางอย่างกับคันโยกยาว คุณสามารถใช้ปลายอีกด้านหนึ่งของคันโยกเพื่อยกของที่มีน้ำหนักเกินแรงนี้อย่างมาก ซึ่งหมายความว่าด้วยการใช้เลเวอเรจ คุณสามารถเพิ่มพลังได้ เมื่อใช้เลเวอเรจ การได้รับอำนาจจะต้องมาพร้อมกับการสูญเสียที่เท่ากันตลอดทาง

ช่วงเวลาแห่งพลัง กฎแห่งช่วงเวลา

ผลคูณของโมดูลัสแรงและไหล่ของมันถูกเรียกว่า ช่วงเวลาแห่งพลัง.ม = ชั้น โดยที่ M คือโมเมนต์ของแรง F คือแรง l คือความงัดของแรง

กฎแห่งช่วงเวลา: คันโยกจะอยู่ในสภาวะสมดุล ถ้าผลรวมของโมเมนต์ของแรงที่มีแนวโน้มว่าจะหมุนคันโยกไปในทิศทางเดียวเท่ากับผลรวมของโมเมนต์ของแรงที่มีแนวโน้มว่าจะหมุนคันโยกไปในทิศทางตรงกันข้าม กฎข้อนี้เป็นจริงสำหรับใครก็ตาม แข็ง, สามารถหมุนรอบแกนคงที่ได้

โมเมนต์แห่งแรงแสดงถึงลักษณะการหมุนของแรง. การกระทำนี้ขึ้นอยู่กับทั้งกำลังและการงัด ด้วยเหตุนี้เวลาที่ต้องการเปิดประตูจึงพยายามออกแรงจากแกนหมุนให้มากที่สุด ด้วยความช่วยเหลือของแรงเพียงเล็กน้อย ช่วงเวลาสำคัญก็ถูกสร้างขึ้น และประตูก็เปิดออก การเปิดออกโดยใช้แรงกดใกล้บานพับทำได้ยากกว่ามาก ด้วยเหตุผลเดียวกัน จึงง่ายกว่าที่จะคลายเกลียวน็อตโดยให้ยาวขึ้น ประแจ, ถอดสกรูออกได้ง่ายกว่าโดยใช้ไขควงที่มีด้ามจับกว้างขึ้น ฯลฯ

หน่วย SI ของโมเมนต์แรงคือ นิวตันเมตร (1 น*ม) นี่คือโมเมนต์ของแรง 1 N และมีไหล่ยาว 1 เมตร