มักจะ กลไกง่ายๆใช้เพื่อรับผลตอบแทนที่มีผลบังคับ นั่นคือด้วยแรงน้อยกว่าในการเคลื่อนย้ายน้ำหนักมากขึ้นเมื่อเทียบกับมัน ในกรณีนี้ การได้รับพลังงานจะไม่เกิดขึ้น "ฟรี" ราคาที่จ่ายไปคือการสูญเสียระยะทางนั่นคือต้องมีการเคลื่อนไหวมากกว่าโดยไม่ต้องใช้กลไกง่ายๆ อย่างไรก็ตาม เมื่อกองกำลังมีจำกัด "การแลกเปลี่ยน" ระยะทางเพื่อความแข็งแกร่งจะเป็นประโยชน์

เคลื่อนย้ายได้และ บล็อกคงที่และเป็นกลไกธรรมดาบางประเภท นอกจากนี้ยังเป็นคันโยกดัดแปลงซึ่งเป็นกลไกง่ายๆ

บล็อกคงที่ไม่ให้ความแข็งแกร่ง แต่เพียงเปลี่ยนทิศทางของการใช้งาน ลองนึกภาพว่าคุณต้องยกของหนักขึ้นด้วยเชือก คุณจะต้องดึงมันขึ้น แต่ถ้าคุณใช้บล็อกนิ่งคุณจะต้องดึงลงในขณะที่โหลดจะเพิ่มขึ้น ในกรณีนี้ มันจะง่ายกว่าสำหรับคุณ เนื่องจากความแข็งแรงที่ต้องการจะประกอบด้วยความแข็งแรงของกล้ามเนื้อและน้ำหนักของคุณ โดยไม่ต้องใช้บล็อกตายตัว ต้องใช้แรงแบบเดียวกัน แต่จะสำเร็จได้เพียงเพราะความแข็งแรงของกล้ามเนื้อเท่านั้น

บล็อกคงที่คือล้อที่มีรางเชือก ล้อได้รับการแก้ไขแล้วสามารถหมุนรอบแกนได้ แต่ไม่สามารถเคลื่อนที่ได้ ปลายเชือก (เชือก) ห้อยลงมา มีภาระติดอยู่ที่ข้างหนึ่ง และอีกข้างหนึ่งใช้แรง หากคุณดึงเชือกลง ภาระก็จะสูงขึ้น

เนื่องจากไม่มีการเพิ่มกำลัง จึงไม่สูญเสียระยะทาง จะต้องลดเชือกลงในระยะเท่ากัน

การใช้งาน บล็อกกลิ้งให้ความแข็งแกร่งเพิ่มขึ้นสองครั้ง (นึกคิด) ซึ่งหมายความว่าหากน้ำหนักของโหลดเป็น F ดังนั้นในการยกคุณต้องใช้แรง F / 2 บล็อกเคลื่อนที่ประกอบด้วยล้อเดียวกันกับร่องสายเคเบิล อย่างไรก็ตาม ปลายสายด้านหนึ่งได้รับการแก้ไข และล้อสามารถเคลื่อนย้ายได้ ล้อเลื่อนไปตามน้ำหนักบรรทุก

น้ำหนักบรรทุกคือแรงลง มันมีความสมดุลด้วยสองกองกำลังขึ้น อันหนึ่งถูกสร้างขึ้นโดยส่วนรองรับซึ่งต่อกับสายเคเบิลและอีกอันถูกดึงด้วยสายเคเบิล แรงดึงของสายเคเบิลเท่ากันทั้งสองด้าน ซึ่งหมายความว่าน้ำหนักของโหลดมีการกระจายเท่ากันระหว่างกัน ดังนั้นแรงแต่ละอันจึงน้อยกว่าน้ำหนักบรรทุก 2 เท่า

ในสถานการณ์จริง ความแข็งแกร่งที่เพิ่มขึ้นจะน้อยกว่า 2 เท่า เนื่องจากแรงยก "ใช้ไป" บางส่วนกับน้ำหนักของเชือกและบล็อก ตลอดจนแรงเสียดทาน

บล็อกที่เคลื่อนที่ได้ซึ่งให้ความแข็งแกร่งเพิ่มขึ้นเกือบสองเท่าทำให้สูญเสียระยะทางสองเท่า ในการยกของขึ้นสูง h จำเป็นที่เชือกในแต่ละด้านของบล็อกจะลดลงตามความสูงนี้นั่นคือรวม 2 ชั่วโมง

โดยปกติแล้วจะใช้บล็อกแบบคงที่และแบบเคลื่อนย้ายได้ - บล็อกลูกรอก พวกเขาช่วยให้ได้รับความแข็งแกร่งและทิศทาง ยิ่งบล็อกเคลื่อนที่ในรอกโซ่มากเท่าใด ก็ยิ่งมีกำลังมากขึ้นเท่านั้น

รายการ:ฟิสิกส์

ระดับ: 7

หัวข้อบทเรียน:เครื่องบินเอียง " กฎทองกลศาสตร์ ".

ครูฟิสิกส์

ประเภทบทเรียน:รวม.

วัตถุประสงค์ของบทเรียน:อัพเดทความรู้ในหัวข้อ "กลไกง่ายๆ"

และเรียนรู้ตำแหน่งทั่วไปของเรื่องง่าย ๆ ทุกประเภท

กลไกซึ่งเรียกว่า "กฎทอง" ของกลศาสตร์

วัตถุประสงค์ของบทเรียน:

เกี่ยวกับการศึกษา:

- เพื่อเพิ่มพูนความรู้เกี่ยวกับสภาพการทรงตัวของวัตถุที่หมุนได้ เกี่ยวกับบล็อกที่เคลื่อนที่ได้และเคลื่อนย้ายไม่ได้

พิสูจน์ว่ากลไกง่าย ๆ ที่ใช้ในงานช่วยเพิ่มความแข็งแกร่งและในทางกลับกันก็ช่วยให้คุณเปลี่ยนทิศทางการเคลื่อนไหวของร่างกายภายใต้การกระทำของแรง

พัฒนาทักษะการปฏิบัติในการเลือกวัสดุที่ใช้เหตุผล

เกี่ยวกับการศึกษา:

เพื่อส่งเสริมวัฒนธรรมทางปัญญาในการนำนักเรียนให้เข้าใจกฎพื้นฐานของกลไกง่ายๆ

ทำความคุ้นเคยกับฟังก์ชั่นการใช้คันโยกในชีวิตประจำวันในเทคโนโลยีในการประชุมเชิงปฏิบัติการของโรงเรียนในธรรมชาติ

พัฒนาการทางความคิด:

เพื่อสร้างความสามารถในการสรุปข้อมูลที่รู้จักบนพื้นฐานของการเน้นสิ่งสำคัญ

เพื่อสร้างองค์ประกอบของการค้นหาเชิงสร้างสรรค์ตามเทคนิคการวางนัยทั่วไป

อุปกรณ์:อุปกรณ์ (คันโยก, ชุดตุ้มน้ำหนัก, ไม้บรรทัด, บล็อก, ระนาบเอียง, ไดนาโมมิเตอร์), ตาราง "คันโยกในสัตว์ป่า", คอมพิวเตอร์, เอกสารประกอบคำบรรยาย (การทดสอบ, การ์ดกับงาน), ตำราเรียน, กระดานดำ, ชอล์ก

ระหว่างเรียน

องค์ประกอบโครงสร้างบทเรียน ครูและกิจกรรมนักศึกษา

การกำหนดปัญหาบทเรียนครูพูดกับชั้นเรียน:

โลกทั้งโลกทอดยาวจากดินสู่สรวงสวรรค์

ตื่นตระหนกมากกว่าหนึ่งรุ่น

ความก้าวหน้าทางวิทยาศาสตร์กำลังดำเนินไปทั่วโลก

ธรรมชาติมีความลับน้อยลง

วิธีการใช้ความรู้เป็นเรื่องที่คนกังวล

วันนี้มาทำความรู้จักกับ บทบัญญัติทั่วไปกลไกง่ายๆที่เรียกว่า "กฎทอง" ของกลศาสตร์.

คำถามสำหรับนักเรียน (กลุ่มนักภาษาศาสตร์)

ทำไมคุณถึงคิดว่ากฎนี้เรียกว่า "ทอง"?

คำตอบ: "กฎทอง " - หนึ่งในบัญญัติทางศีลธรรมที่เก่าแก่ที่สุดที่มีอยู่ในสุภาษิตและคำพูดที่เป็นที่นิยม: อย่าทำกับผู้อื่นในสิ่งที่คุณไม่ต้องการให้ทำร้ายคุณ - ปราชญ์ตะวันออกโบราณกล่าว

คำตอบของ DOTS GROUP: "ทองคำ” เป็นพื้นฐานของรากฐานทั้งหมด

การเปิดเผยความรู้ การทดสอบประสิทธิภาพ

(บนคอมพิวเตอร์รวมการทดสอบ)

งานฝึกอบรมและคำถาม

1.คันโยกคืออะไร?

2. สิ่งที่เรียกว่าไหล่ของความแข็งแกร่ง?

3. กฎความสมดุลของคันโยก

4. สูตรของกฎความสมดุลของคันโยก

5. ค้นหาข้อผิดพลาดในภาพ

6. ใช้กฎความสมดุลของคันโยก หา F2

d1 = 2cm d2 = 3cm

7. คันโยกจะสมดุลหรือไม่?

d1 = 4cm d2 = 3cm

กลุ่มนักภาษาศาสตร์ดำเนินการ № 1, 3, 5.

กลุ่มของคะแนนดำเนินการ № 2, 4, 6, 7.

ปัญหาในการทดลองของกลุ่ม UCH-SYA

1. ปรับสมดุลคันโยก

2. แขวนตุ้มน้ำหนัก 2 อันไว้ที่ด้านซ้ายของแขน โดยห่างจากจุดหมุน 12 ซม

3. ปรับสมดุลน้ำหนักทั้งสองนี้:

ก) โดยโหลดครั้งเดียว _ _ _ ไหล่ _ _ _ ซม.

b) สองน้ำหนัก _ _ _ ไหล่ _ _ _ ซม.

c) โดยสามโหลด _ _ _ไหล่ _ _ _ ซม.

ที่ปรึกษาทำงานร่วมกับนักเรียน

ในโลกของสิ่งที่น่าสนใจ

"คันโยกในสัตว์ป่า"

(ผู้ชนะการแข่งขันกีฬาโอลิมปิกในวิชาชีววิทยา Minakova Marina พูด)

ทำงานการแสดงประสบการณ์ (ที่ปรึกษา)

สู่การศึกษา№ 1 การใช้กฎสมดุลของคันโยกกับบล็อก

วัสดุ.ก) แก้ไขบล็อก

อัพเดทก่อนหน้านี้ นักเรียนควรอธิบายว่าบล็อกคงที่สามารถหลอมรวม เพื่อพิจารณา เป็นแขนที่เท่าเทียมกันและได้รับใน

ความรู้ง่ายๆ ไม่ให้แรง

กลไก № 2 ความสมดุลของแรงบนบล็อกที่กำลังเคลื่อนที่

การเรียนรู้บนพื้นฐานของการทดลองสรุปได้ว่าอุปกรณ์เคลื่อนที่
บล็อกให้ความแข็งแกร่งเพิ่มขึ้นสองครั้งและการสูญเสียเดียวกันใน
เส้นทาง

การเรียน

วัสดุใหม่กว่า 2,000 ปีที่แล้วนับตั้งแต่อาร์คิมิดีสเสียชีวิต แต่ยัง
วันนี้ความทรงจำของผู้คนรักษาคำพูดของเขา:“ ขอจุดศูนย์กลางและ
ฉันจะยกโลกทั้งใบให้คุณ " กรีกโบราณที่โดดเด่นจึงกล่าว
นักวิทยาศาสตร์ - นักคณิตศาสตร์ นักฟิสิกส์ นักประดิษฐ์ ได้พัฒนาทฤษฎี
คันโยกและเข้าใจความสามารถของมัน

ต่อหน้าเจ้าเมืองซีราคิวส์ อาร์คิมิดีส ฉวยโอกาส

ที่ซับซ้อน
อุปกรณ์จากคันโยกลดเรือลงเพียงลำพัง ภาษิต
ทุกคนที่ได้พบสิ่งใหม่ ๆ จะได้รับบริการโดย "Eureka!" ที่มีชื่อเสียง

หนึ่งในกลไกที่ง่ายที่สุดในการเสริมความแข็งแกร่งคือ
เครื่องบินเอียง มากำหนดงานที่ทำด้วยความช่วยเหลือกันเถอะ
ระนาบเอียง.

การสาธิตประสบการณ์:

กองกำลังปฏิบัติการบนระนาบเอียง

เราวัดความสูงและความยาวของระนาบเอียงและ

เราเปรียบเทียบอัตราส่วนของพวกเขากับการเพิ่มความแข็งแกร่งของ

NSเครื่องบิน.

L A) ทำการทดลองซ้ำโดยเปลี่ยนมุมเอียงของกระดาน

สรุปจากประสบการณ์:ระนาบเอียงให้

ชมเพิ่มกำลังขึ้นหลายเท่าของความยาว

ความสูงมากขึ้น =

2. กฎทองของกลศาสตร์เป็นจริงสำหรับ

คันโยก

เมื่อหมุนคันโยกกี่ครั้ง

เราชนะด้วยความแข็งแกร่ง เราแพ้จำนวนเท่าๆ กัน

ในการเคลื่อนไหว

การปรับปรุง การมอบหมายเชิงคุณภาพ

และการประยุกต์ใช้ลำดับที่ 1. ทำไมคนขับรถไฟหลีกเลี่ยงการหยุดรถไฟที่

ความรู้.ลุกขึ้น? (กลุ่มนักภาษาศาสตร์ตอบ)

NS

ลำดับที่ 2 แถบในตำแหน่ง B เลื่อนไปตามแนวเอียง

เครื่องบินเอาชนะแรงเสียดทาน มันจะ

เลื่อนแถบและอยู่ในตำแหน่ง A? (มีคำตอบให้

แหล่งที่มา)

คำตอบ: ใช่เพราะค่าF แรงเสียดทานของแถบบนเครื่องบินไม่ได้
ขึ้นอยู่กับพื้นที่ของพื้นผิวสัมผัส

งานคอมพิวเตอร์

№ 1. ค้นหาแรงที่ทำปฏิกิริยาขนานกับความยาวของระนาบเอียงซึ่งมีความสูง 1 ม. ยาว 8 ม. เพื่อให้น้ำหนักบรรทุก 1.6 * 10³ N อยู่บนระนาบเอียง

ให้: วิธีแก้ไข:

ชั่วโมง = 1m F = F =

คำตอบ: 2000N

# 2 ในการถือแคร่เลื่อนหิมะกับนักขี่ที่มีน้ำหนัก 480 N บนภูเขาน้ำแข็ง ต้องใช้แรง 120 N ความลาดเอียงของสไลเดอร์ตลอดความยาวจะคงที่ ความยาวของภูเขาคือเท่าไรถ้าสูง 4 เมตร

ให้: วิธีแก้ไข:

ชั่วโมง = 4m ล. =

คำตอบ: 16m

ลำดับที่ 3. รถที่มีน้ำหนัก 3 * 104 N เคลื่อนที่อย่างสม่ำเสมอเมื่อขึ้นไปด้วยความยาว 300 ม. และความสูง 30 ม. หาแรงฉุดลากของรถถ้าแรงเสียดทานของล้อบนพื้นเป็น 750 N เครื่องยนต์ทำงานอะไรบนเส้นทางนี้?

ให้: วิธีแก้ไข:

P = 3 * 104H แรงที่ต้องยก
Ftr = 750H รถไม่มีแรงเสียดทาน

l = 300m F = F =

h = 30m แรงขับเท่ากับ: Ftyag = F + Ftr = 3750H

Ftyag- ?, A -? การทำงานของเครื่องยนต์: A = Ftyag * L

A = 3750H * 300m = 1125 * 103J

คำตอบ: 1125kJ

สรุปผลของบทเรียน ประเมินงานของนักเรียนโดยที่ปรึกษาโดยใช้แผนที่แนวทางที่ไม่ต่างกันสำหรับกิจกรรมในบทเรียน

การบ้าน § 72 การซ้ำซ้อน § 69.71. กับ. $ 197 41 หมายเลข 5

บล็อกถูกจัดประเภทเป็นกลไกง่ายๆ ในกลุ่มอุปกรณ์เหล่านี้ซึ่งทำหน้าที่เปลี่ยนแรงนอกเหนือจากบล็อกแล้วยังมีคันโยกระนาบเอียง

คำนิยาม

ปิดกั้น- ลำตัวแข็งที่มีความสามารถในการหมุนรอบแกนคงที่

บล็อกทำในรูปแบบของดิสก์ (ล้อ, กระบอกสูบต่ำ, ฯลฯ ) โดยมีร่องผ่านเชือก (ลำตัว, เชือก, โซ่)

บล็อกเรียกว่าคงที่โดยมีแกนคงที่ (รูปที่ 1) ไม่เคลื่อนที่เมื่อยกของขึ้น บล็อกคงที่ถือได้ว่าเป็นคันโยกที่มีแขนเท่ากัน

เงื่อนไขสำหรับความสมดุลของบล็อกคือเงื่อนไขสำหรับความสมดุลของโมเมนต์ของแรงที่ใช้กับบล็อกนั้น:

บล็อกในรูปที่ 1 จะอยู่ในสภาวะสมดุลหากแรงตึงด้ายเท่ากัน:

เนื่องจากไหล่ของกองกำลังเหล่านี้เหมือนกัน (OA = OB) บล็อกนิ่งไม่ได้ให้ความแข็งแกร่ง แต่ช่วยให้คุณเปลี่ยนทิศทางของการกระทำของแรงได้ มักจะสะดวกกว่าที่จะดึงเชือกที่มาจากด้านบนมากกว่าเชือกที่มาจากด้านล่าง

ถ้ามวลของน้ำหนักบรรทุกที่ผูกติดอยู่กับปลายเชือกด้านใดด้านหนึ่งที่โยนข้ามบล็อกยึดอยู่กับที่ เท่ากับ m ดังนั้นในการยกขึ้น แรง F ควรใช้กับปลายอีกด้านของเชือก เท่ากับ:

โดยที่เราไม่คำนึงถึงแรงเสียดทานในบล็อก หากจำเป็นต้องคำนึงถึงแรงเสียดทานในบล็อก ค่าสัมประสิทธิ์ความต้านทาน (k) จะถูกแนะนำ ดังนั้น:

บล็อกสามารถแทนที่ได้ด้วยการรองรับคงที่ที่ราบรื่น เชือก (เชือก) ถูกโยนข้ามส่วนรองรับซึ่งเลื่อนไปตามส่วนรองรับ แต่แรงเสียดทานเพิ่มขึ้น

บล็อกคงที่ไม่ได้ให้ผลกำไรในการทำงาน เส้นทางที่ข้ามผ่านจุดที่ใช้กำลังเหมือนกัน แรงเท่ากัน ดังนั้นจึงทำงานเท่ากัน

เพื่อให้ได้ความแข็งแรงเพิ่มขึ้นเมื่อใช้บล็อกแบบตายตัว จะใช้บล็อกผสมกัน เช่น บล็อกคู่ เมื่อบล๊อกต้องมี เส้นผ่านศูนย์กลางต่างกัน... พวกมันเชื่อมต่อกันโดยไม่เคลื่อนไหวและติดตั้งบนแกนเดียว เชือกผูกติดอยู่กับแต่ละบล็อกเพื่อให้สามารถพันหรือปิดบล็อกได้โดยไม่ลื่นไถล ไหล่ของกองกำลังในกรณีนี้จะไม่เท่ากัน บล็อกคู่ทำหน้าที่เป็นคันโยกที่มีความยาวต่างกัน รูปที่ 2 แสดงแผนผังของบล็อกคู่

สภาวะสมดุลของคันโยกในรูปที่ 2 กลายเป็นสูตร:

บล็อกคู่สามารถเปลี่ยนพลังงานได้ โดยการใช้แรงน้อยลงกับบาดแผลจากเชือกบนบล็อกที่มีรัศมีขนาดใหญ่ จะได้รับแรงที่กระทำจากด้านข้างของบาดแผลจากเชือกบนบล็อกที่มีรัศมีที่เล็กกว่า

บล็อกที่เคลื่อนย้ายได้คือบล็อกที่แกนเคลื่อนที่พร้อมกับโหลด ในรูป 2 บล็อกที่เคลื่อนย้ายได้ถือได้ว่าเป็นคันโยกที่มีแขนขนาดต่างกัน ในกรณีนี้ จุด O คือจุดหมุนของคันโยก OA เป็นไหล่ของพลัง OB เป็นไหล่ของพลัง พิจารณารูปที่ 3. ไหล่ของแรงมีขนาดใหญ่เป็นสองเท่าของไหล่ของแรง ดังนั้นเพื่อความสมดุล ขนาดของแรง F จะต้องน้อยกว่าโมดูลัสของแรง P ถึงสองเท่า:

เราสามารถสรุปได้ว่าด้วยความช่วยเหลือของบล็อกที่เคลื่อนย้ายได้เราจะได้รับความแข็งแกร่งเป็นสองเท่า สภาวะสมดุลของบล็อกที่เคลื่อนที่ได้โดยไม่คำนึงถึงแรงเสียดทานสามารถเขียนได้ดังนี้:

หากคุณพยายามคำนึงถึงแรงเสียดทานในบล็อก ค่าสัมประสิทธิ์ความต้านทานของบล็อก (k) จะถูกแนะนำและคุณจะได้รับ:

บางครั้งใช้ทั้งแบบเคลื่อนย้ายได้และแบบคงที่ ในชุดค่าผสมนี้ บล็อกแบบตายตัวจะใช้เพื่อความสะดวก มันไม่ได้ให้ความแข็งแกร่ง แต่ช่วยให้คุณเปลี่ยนทิศทางของการกระทำของแรง บล็อกที่เคลื่อนที่ได้ใช้เพื่อเปลี่ยนขนาดของแรงที่ใช้ ถ้าปลายเชือกที่ปิดบล็อกทำมุมเดียวกันกับขอบฟ้า อัตราส่วนของแรงที่กระทำต่อน้ำหนักบรรทุกต่อน้ำหนักของลำตัวจะเท่ากับอัตราส่วนของรัศมีของบล็อกต่อคอร์ดของ ส่วนโค้งที่เชือกล้อมรอบ ในกรณีของเชือกขนาน แรงที่ต้องใช้ในการยกของจะต้องใช้ครึ่งหนึ่งของน้ำหนักของน้ำหนักที่ยกขึ้น

กฎทองของกลศาสตร์

กลไกง่าย ๆ ในการได้งานไม่ได้ให้ เราได้รับความแข็งแกร่งมากแค่ไหน เราสูญเสียระยะทางเท่ากัน เนื่องจากงานมีค่าเท่ากับผลคูณสเกลาร์ของแรงต่อการกระจัด ดังนั้นจะไม่เปลี่ยนแปลงเมื่อใช้บล็อกเคลื่อนที่

ในรูปแบบของสูตร “กฎทอง # สามารถเขียนได้ดังนี้:

เส้นทางที่ผ่านโดยจุดที่ใช้แรงอยู่ที่ไหน - เส้นทางที่ผ่านโดยจุดที่ใช้แรง

กฎทองเป็นสูตรที่ง่ายที่สุดของกฎการอนุรักษ์พลังงาน กฎนี้ใช้กับกรณีของกลไกการเคลื่อนที่สม่ำเสมอหรือเกือบสม่ำเสมอ ระยะทางของการเคลื่อนที่แปลของปลายเชือกนั้นสัมพันธ์กับรัศมีของบล็อก (และ) ดังนี้:

เราได้รับสิ่งนั้นเพื่อให้เป็นไปตาม "กฎทอง" สำหรับบล็อกคู่ จำเป็นที่:

หากแรงและสมดุลแล้วบล็อกจะหยุดนิ่งหรือเคลื่อนที่อย่างสม่ำเสมอ

ตัวอย่างการแก้ปัญหา

ตัวอย่าง 1

ออกกำลังกาย	คนงานยกคานก่อสร้างโดยใช้ระบบเคลื่อนย้ายได้สองบล็อกและบล็อกคงที่สองบล็อก โดยใช้แรงเท่ากับ 200 นิวตัน มวลของคานคืออะไร (ม.)? ไม่รวมแรงเสียดทานของบล็อก
สารละลาย	มาวาดรูปกันเถอะ น้ำหนักของโหลดที่ใช้กับระบบโหลดจะเท่ากับแรงโน้มถ่วงที่นำไปใช้กับร่างกาย (ลำแสง) ที่ยกขึ้น: บล็อกคงที่ไม่ให้ความแข็งแกร่ง บล็อกที่เคลื่อนที่ได้แต่ละอันจะเพิ่มความแข็งแกร่งเป็นสองเท่า ดังนั้น ภายใต้เงื่อนไขของเรา เราจะได้รับความแข็งแกร่งเพิ่มขึ้นสี่เท่า ซึ่งหมายความว่าคุณสามารถเขียน: เราได้มวลของลำแสงคือ: มาคำนวณมวลของลำแสงกันเถอะ:
ตอบ	ม. = 80 กก.

ตัวอย่าง 2

ออกกำลังกาย	ให้ความสูงที่คนงานยกคานขึ้นไปในตัวอย่างแรกเท่ากับ ม. คนงานทำอะไรบ้าง? อะไรคือหน้าที่ของภาระที่ต้องเคลื่อนย้ายไปยังความสูงที่กำหนด?
สารละลาย	ตาม "กฎทอง" ของกลไก หากเราได้รับความแข็งแกร่งขึ้นสี่เท่าโดยใช้ระบบบล็อกที่มีอยู่ การสูญเสียในการเคลื่อนที่ก็จะเป็นสี่เท่าเช่นกัน ในตัวอย่างของเรา นี่หมายความว่าความยาวของเชือก (l) ที่คนงานควรเลือกจะยาวกว่าระยะทางที่บรรทุกจะเดินทางสี่เท่า นั่นคือ:

หัวข้อของตัวแปลงรหัส USE: กลไกง่าย ๆ ประสิทธิภาพของกลไก

กลไก เป็นอุปกรณ์สำหรับเปลี่ยนแรง (เพิ่มหรือลด)
กลไกง่ายๆ เป็นคันโยกและระนาบเอียง

ก้านโยก.

คันโยก เป็นวัตถุแข็งที่สามารถหมุนรอบแกนคงที่ได้ ในรูป 1) แสดงคันโยกที่มีแกนหมุน แรงและถูกนำไปใช้กับปลายคันโยก (จุดและ). ไหล่ของกองกำลังเหล่านี้เท่ากันตามลำดับและ

สภาวะสมดุลของคันโยกถูกกำหนดโดยกฎของโมเมนต์: เหตุใด

ข้าว. 1. คันโยก

จากอัตราส่วนนี้ ตามมาด้วยว่าคันโยกเพิ่มกำลังหรือระยะห่าง (ขึ้นอยู่กับวัตถุประสงค์ในการใช้งาน) มากเท่าที่แขนที่ใหญ่กว่าจะยาวกว่าแขนที่เล็กกว่า

ตัวอย่างเช่น ในการยกน้ำหนัก 700 N ด้วยแรง 100 N คุณต้องใช้คันโยกที่มีอัตราส่วนไหล่ 7: 1 แล้ววางน้ำหนักไว้ที่แขนสั้น เราจะชนะด้วยความแข็งแกร่ง 7 ครั้ง แต่เราจะแพ้หลายครั้งในระยะทาง: ปลายแขนยาวจะอธิบายส่วนโค้งที่ใหญ่กว่าส่วนโค้งของแขนสั้น 7 เท่า (นั่นคือน้ำหนัก)

ตัวอย่างของเลเวอเรจที่ให้ความได้เปรียบด้านพลังงาน ได้แก่ พลั่ว กรรไกร คีม ไม้พายคือคันโยกที่ให้ระยะห่าง และคานแบบธรรมดาคือคันโยกที่มีแขนเท่ากันซึ่งไม่ให้ระยะหรือความแข็งแรงเพิ่มขึ้น (ไม่เช่นนั้นจะสามารถใช้ชั่งน้ำหนักลูกค้าได้)

บล็อกคงที่

ประเภทของเลเวอเรจที่สำคัญคือ บล็อก - ล้อเสริมในกรงที่มีร่องตามเชือก ในงานส่วนใหญ่ เชือกถือเป็นเกลียวที่ไม่มีน้ำหนักและขยายไม่ได้

ในรูป 2 แสดงบล็อกคงที่ กล่าวคือ บล็อกที่มีแกนหมุนคงที่ (ผ่านในแนวตั้งฉากกับระนาบของรูปผ่านจุดหนึ่ง)

ที่ส่วนปลายด้านขวาของด้าย น้ำหนักจะถูกกำหนดไว้ที่จุดหนึ่ง จำได้ว่าน้ำหนักตัวเป็นแรงที่ร่างกายกดบนตัวรองรับหรือยืดช่วงล่าง ในกรณีนี้ น้ำหนักจะถูกนำไปใช้กับจุดที่น้ำหนักติดอยู่กับเชือก

แรงถูกนำไปใช้กับปลายด้านซ้ายของเธรดที่จุดหนึ่ง

ไหล่ของแรงเท่ากับ รัศมีของบล็อกอยู่ที่ไหน ไหล่ของน้ำหนักเท่ากัน ซึ่งหมายความว่าบล็อกที่อยู่กับที่คือคันโยกที่มีแขนเท่ากันดังนั้นจึงไม่ให้ความแข็งแกร่งหรือในระยะทาง: ประการแรกเรามีความเท่าเทียมกันและประการที่สองในกระบวนการเคลื่อนที่ของโหลดและเกลียวการเคลื่อนที่ของ จุดจะเท่ากับการเคลื่อนที่ของโหลด

เหตุใดจึงจำเป็นต้องมีบล็อกแบบตายตัว? มีประโยชน์ที่จะช่วยให้คุณเปลี่ยนทิศทางของความพยายาม โดยปกติบล็อกแบบตายตัวจะใช้เป็นส่วนหนึ่งของกลไกที่ซับซ้อนมากขึ้น

บล็อกที่เคลื่อนย้ายได้

ในรูป 3 ภาพ บล็อกเคลื่อนย้ายได้, แกนที่เคลื่อนที่ไปพร้อมกับโหลด เราดึงด้ายด้วยแรงที่ใช้ที่จุดหนึ่งแล้วพุ่งขึ้นด้านบน บล็อกหมุนและในขณะเดียวกันก็ขยับขึ้นด้านบนโดยยกน้ำหนักที่แขวนอยู่บนเกลียว

ในช่วงเวลาที่กำหนด จุดคงที่คือจุด และอยู่บริเวณจุดนี้ที่บล็อกจะหมุน (มันจะ "หมุน" เหนือจุดนั้น) พวกเขายังบอกด้วยว่าแกนหมุนของบล็อกทันทีผ่านจุด (แกนนี้ตั้งฉากกับระนาบของภาพวาด)

น้ำหนักของสินค้าจะถูกนำไปใช้ที่จุดต่อของน้ำหนักเข้ากับเกลียว ไหล่ของแรงเท่ากัน

แต่ไหล่ของแรงที่เราดึงด้ายนั้นใหญ่เป็นสองเท่า: มันเท่ากัน ดังนั้น เงื่อนไขสำหรับความสมดุลของโหลดคือความเท่าเทียมกัน (ซึ่งเราเห็นในรูปที่ 3: เวกเตอร์สั้นกว่าเวกเตอร์สองเท่า)

ดังนั้นบล็อกที่เคลื่อนย้ายได้จึงให้ความแข็งแกร่งเพิ่มขึ้นสองเท่า อย่างไรก็ตาม ในเวลาเดียวกัน เราสูญเสียระยะทางสองครั้ง: ในการที่จะยกของขึ้นหนึ่งเมตร จุดจะต้องถูกขยับไปสองเมตร (นั่นคือเพื่อดึงด้ายสองเมตรออกมา)

บล็อกในรูป 3 มีข้อเสียอยู่ข้อเดียว คือ ดึงด้ายขึ้น (เกินจุด) ไม่สุด ความคิดที่ดีที่สุด... เห็นด้วยว่าดึงด้ายลงสะดวกกว่ามาก! นี่คือจุดที่บล็อกแบบตายตัวเข้ามาช่วยเหลือเรา

ในรูป 4 ภาพ กลไกการยกซึ่งเป็นการรวมกันของหน่วยที่เคลื่อนย้ายได้กับหน่วยคงที่ โหลดถูกระงับจากบล็อกที่เคลื่อนย้ายได้ และสายเคเบิลถูกโยนข้ามบล็อกแบบตายตัว ซึ่งทำให้สามารถดึงสายเคเบิลลงเพื่อยกของขึ้นได้ แรงภายนอกของสายเคเบิลถูกระบุด้วยเวกเตอร์อีกครั้ง

โดยหลักการแล้วอุปกรณ์นี้ไม่ต่างจากยูนิตที่เคลื่อนที่: ด้วยความช่วยเหลือทำให้เราแข็งแกร่งขึ้นสองเท่า

เครื่องบินเอียง

อย่างที่เราทราบกันดีว่าการกลิ้งถังขนาดใหญ่บนทางลาดง่ายกว่าการยกขึ้นในแนวตั้ง สะพานจึงเป็นกลไกที่ช่วยเพิ่มความแข็งแรง

ในกลศาสตร์ กลไกดังกล่าวเรียกว่าระนาบเอียง เครื่องบินเอียง เป็นพื้นผิวเรียบที่ตั้งอยู่ในมุมหนึ่งถึงขอบฟ้า ในกรณีนี้ พวกเขาจะพูดสั้นๆ ว่า "ระนาบเอียงที่มีมุม"

ให้เราหาแรงที่ต้องใช้กับน้ำหนักของมวลเพื่อที่จะยกขึ้นอย่างสม่ำเสมอตามระนาบเอียงเรียบด้วยมุม แน่นอนว่าแรงนี้พุ่งไปตามระนาบเอียง (รูปที่ 5)

ให้เลือกแกนตามภาพ เนื่องจากโหลดเคลื่อนที่โดยไม่เร่งความเร็ว แรงที่กระทำต่อโหลดจึงสมดุล:

เราฉายบนแกน:

เป็นแรงที่ต้องใช้ในการเคลื่อนย้ายสิ่งของขึ้นบนระนาบเอียง

หากต้องการยกของเท่ากันในแนวตั้ง คุณต้องใช้แรงเท่ากับ จะเห็นได้ว่าตั้งแต่ ระนาบเอียงจะเพิ่มความแข็งแกร่ง และยิ่งมุมยิ่งเล็กลง

ระนาบเอียงที่ใช้กันอย่างแพร่หลายคือ ลิ่มและสกรู

กฎทองของกลศาสตร์

กลไกง่ายๆ สามารถเพิ่มความแข็งแรงหรือระยะทางได้ แต่ไม่สามารถเพิ่มประสิทธิภาพได้

ตัวอย่างเช่น คันโยกที่มีอัตราส่วนบ่า 2: 1 จะเพิ่มความแข็งแกร่งเป็นสองเท่า ในการยกของหนักบนไหล่ที่เล็กกว่านั้น คุณต้องใช้กำลังกับไหล่ที่ใหญ่กว่า แต่ในการยกของให้สูงขึ้น ไหล่ที่ใหญ่กว่าจะต้องถูกลดระดับลง และงานที่ทำจะเท่ากับ:

นั่นคือปริมาณเท่ากับโดยไม่ต้องใช้คันโยก

ในกรณีของระนาบเอียง เราจะมีกำลังเพิ่มขึ้น เนื่องจากเราใช้แรงกับน้ำหนักที่น้อยกว่าแรงโน้มถ่วง อย่างไรก็ตาม ในการที่จะยกของขึ้นให้สูงเหนือตำแหน่งเริ่มต้น เราจำเป็นต้องเดินบนเส้นทางบนระนาบลาดเอียง ในการทำเช่นนั้นเราทำงาน

นั่นคือ เช่นเดียวกับการยกน้ำหนักในแนวตั้ง

ข้อเท็จจริงเหล่านี้เป็นการแสดงออกถึงกฎทองของกลศาสตร์ที่เรียกว่า

กฎทองของกลศาสตร์ ไม่มีกลไกง่ายๆ ใดที่ส่งผลต่อประสิทธิภาพ กี่ครั้งที่เราชนะด้วยความแข็งแกร่ง กี่ครั้งที่เราสูญเสียในระยะทาง และในทางกลับกัน

กฎทองของกลศาสตร์ไม่มีอะไรมากไปกว่ากฎการอนุรักษ์พลังงานรุ่นง่ายๆ

ประสิทธิภาพของกลไก

ในทางปฏิบัติ คุณต้องแยกความแตกต่างระหว่างงานที่มีประโยชน์ NSมีประโยชน์ที่จะสำเร็จได้ด้วยกลไกในสภาวะอุดมคติโดยไม่สูญเสียและ งานเต็ม NSเต็ม,
ซึ่งดำเนินการเพื่อวัตถุประสงค์เดียวกันในสถานการณ์จริง

งานทั้งหมดเท่ากับผลรวม:
-งานที่มีประโยชน์;
- งานที่ทำกับแรงเสียดทานในส่วนต่าง ๆ ของกลไก
- งานที่ทำเพื่อเคลื่อนย้ายส่วนประกอบของกลไก

ดังนั้นเมื่อยกของขึ้นด้วยคันโยกยังต้องทำงานเพื่อเอาชนะแรงเสียดทานในแกนของคันโยกและขยับคันโยกเองซึ่งมีน้ำหนักที่แน่นอน

การทำงานเต็มที่ให้ผลตอบแทนมากกว่าเสมอ อัตราส่วนของงานที่มีประโยชน์ต่องานทั้งหมดเรียกว่าสัมประสิทธิ์ประสิทธิภาพ (ประสิทธิภาพ) ของกลไก:

=NSมีประโยชน์ / NSเต็ม

ประสิทธิภาพมักจะแสดงเป็นเปอร์เซ็นต์ ประสิทธิภาพของกลไกที่แท้จริงมักน้อยกว่า 100%

ลองคำนวณประสิทธิภาพของระนาบเอียงที่มีมุมเมื่อมีแรงเสียดทาน ค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานระหว่างพื้นผิวของระนาบเอียงกับน้ำหนักบรรทุกคือ

ให้น้ำหนักของมวลเพิ่มขึ้นอย่างสม่ำเสมอตามระนาบเอียงภายใต้การกระทำของแรงจากจุดหนึ่งไปยังอีกจุดหนึ่งไปยังความสูง (รูปที่ 6) ในทิศทางตรงกันข้ามกับการกระจัด แรงเสียดทานแบบเลื่อนจะกระทำกับโหลด

ไม่มีการเร่งความเร็ว ดังนั้นแรงที่กระทำต่อโหลดจึงสมดุล:

เราฉายบนแกน X:

. (1)

เราฉายบนแกน Y:

. (2)

นอกจาก,

, (3)

จาก (2) เรามี:

จาก (3):

แทนค่านี้ลงใน (1) เราได้รับ:

งานทั้งหมดเท่ากับผลคูณของแรง F โดยเส้นทางที่ร่างกายข้ามไปตามพื้นผิวของระนาบเอียง:

NSเต็ม =.

เห็นได้ชัดว่างานที่มีประโยชน์เท่ากับ:

NSมีประโยชน์ =.

เพื่อประสิทธิภาพที่ต้องการ เราได้รับ