So finden Sie die Gleichgewichtsbedingungen eines Hebels. Anwendung des Gleichgewichtsgesetzes eines Hebels auf einen Block: die goldene Regel der Mechanik

Abschnitte: Physik

Unterrichtsart: Lektion im Erlernen neuer Materialien

Lernziele:

• Lehrreich:
  • Kennenlernen der Nutzung einfacher Mechanismen in Natur und Technik;
  • Fähigkeiten zur Analyse von Informationsquellen entwickeln;
  • Stellen Sie experimentell die Regel des Hebelgleichgewichts fest.
  • die Fähigkeit der Schüler zu entwickeln, Experimente durchzuführen (Experimente) und daraus Schlussfolgerungen zu ziehen.
• Lehrreich:
  • die Fähigkeiten entwickeln, auf der Grundlage des untersuchten Materials zu beobachten, zu analysieren, zu vergleichen, zu verallgemeinern, zu klassifizieren, Diagramme zu erstellen und Schlussfolgerungen zu formulieren;
  • kognitives Interesse, Unabhängigkeit des Denkens und Intelligenz entwickeln;
  • eine kompetente mündliche Rede entwickeln;
  • praktische Arbeitsfähigkeiten entwickeln.
• Lehrreich:
  • moralische Erziehung: Liebe zur Natur, Sinn für kameradschaftliche gegenseitige Hilfe, Ethik der Gruppenarbeit;
  • Kulturförderung in der Organisation der Bildungsarbeit.

Grundlegendes Konzept:

• Mechanismen
• Hebelarm
• Schulterkraft
• Block
• Tor
• schiefe Ebene
• Keil
• schrauben

Ausrüstung: Computer, Präsentation, Handouts (Arbeitskarten), Hebel auf einem Stativ, Gewichtssatz, Laborsatz zum Thema „Mechanik, einfache Mechanismen“.

WÄHREND DES UNTERRICHTS

I. Organisationsphase

1. Begrüßung.
2. Feststellung der Abwesenheiten.
3. Überprüfung der Unterrichtsbereitschaft der Schüler.
4. Überprüfung der Vorbereitung des Klassenzimmers auf den Unterricht.
5. Organisation der Aufmerksamkeit .

II. Phase der Hausaufgabenkontrolle

1. Offenlegung, dass die gesamte Klasse ihre Hausaufgaben erledigt hat.
2. Visuelle Überprüfung der Aufgaben im Arbeitsbuch.
3. Ermitteln der Gründe für das Scheitern einzelner Studierender bei der Bewältigung der Aufgabe.
4. Fragen zu Hausaufgaben.

III. Die Phase der Vorbereitung der Schüler auf die aktive und bewusste Aufnahme neuen Materials

„Ich könnte die Erde mit einem Hebel drehen, gib mir einfach einen Drehpunkt“

Archimedes

Errate die Rätsel:

1. Zwei Ringe, zwei Enden und ein Bolzen in der Mitte. ( Schere)

2. Zwei Schwestern schwankten – sie suchten nach der Wahrheit, und als sie sie erreichten, hörten sie auf. ( Waage)

3. Er verneigt sich, er verneigt sich – er wird nach Hause kommen – er wird sich ausstrecken. ( Axt)

4. Was ist das für ein Wunderriese?
Reicht seine Hand zu den Wolken
Funktioniert:
Hilft beim Hausbau. ( Kran )

– Schauen Sie sich die Antworten noch einmal genau an und benennen Sie sie in einem Wort. „Waffe, Maschine“ bedeutet aus dem Griechischen übersetzt „Mechanismen“.

Mechanismus– vom griechischen Wort „????v?“ – Waffe, Konstruktion.
Auto– vom lateinischen Wort „ Maschine" – Konstruktion.

– Es stellt sich heraus, dass ein gewöhnlicher Stock der einfachste Mechanismus ist. Wer weiß, wie es heißt?
– Lassen Sie uns gemeinsam das Thema der Lektion formulieren: ….
– Öffnen Sie Ihre Notizbücher und notieren Sie Datum und Thema der Lektion: „ Einfache Mechanismen. Bedingungen für das Gleichgewicht eines Hebels.
– Welches Ziel sollen wir Ihnen heute im Unterricht setzen...

IV. Phase der Assimilation neuen Wissens

„Ich könnte die Erde mit einem Hebel drehen, gib mir einfach einen Drehpunkt“ – diese Worte, die das Epigraph unserer Lektion bilden, wurden von Archimedes vor mehr als 2000 Jahren gesagt. Aber die Menschen erinnern sich noch immer an sie und geben sie von Mund zu Mund weiter. Warum? Hatte Archimedes Recht?

– Hebel wurden bereits in der Antike von Menschen benutzt.
– Wozu dienen sie Ihrer Meinung nach?
– Natürlich, um die Arbeit zu erleichtern.
– Der erste Mensch, der einen Hebel benutzte, war unser entfernter prähistorischer Vorfahre, der mit einem Stock schwere Steine ​​auf der Suche nach essbaren Wurzeln oder kleinen Tieren, die sich unter den Wurzeln versteckten, bewegte. Ja, ja, schließlich ist ein gewöhnlicher Stock, der einen Drehpunkt hat, um den er gedreht werden kann, ein echter Hebel.
Es gibt viele Beweise dafür, dass Bauherren in antiken Ländern – Babylon, Ägypten, Griechenland – häufig Hebel zum Heben und Transportieren von Statuen, Säulen und riesigen Steinen verwendeten. Zu diesem Zeitpunkt hatten sie noch keine Ahnung vom Gesetz der Hebelwirkung, aber sie wussten bereits genau, dass die Hebelwirkung in Kraft tritt in kompetenten Händen macht aus einer schweren Last eine leichte.
Hebelarm– ist ein integraler Bestandteil fast jeder modernen Maschine, Werkzeugmaschine, Vorrichtung. Ein Bagger gräbt einen Graben – sein eiserner „Arm“ mit einer Schaufel fungiert als Hebel. Der Fahrer ändert die Geschwindigkeit des Fahrzeugs mithilfe des Schalthebels. Der Apotheker hängt die Pulver auf eine sehr präzise Apothekenwaage, deren Hauptbestandteil der Hebel ist.
Auch beim Umgraben von Beeten im Garten wird die Schaufel in unseren Händen zum Hebel. Alle Arten von Kipphebeln, Griffen und Toren sind Hebel.

- Machen wir uns mit einfachen Mechanismen vertraut.

Die Klasse ist in sechs Experimentiergruppen unterteilt:

1. Studiert eine schiefe Ebene.
2. untersucht den Hebel.
Der Dritte studiert den Block.
Der Vierte studiert das Tor.
Der 5. studiert den Keil.
6. studiert die Schraube.

Die Arbeit wird gemäß der Beschreibung durchgeführt, die jeder Gruppe in vorgeschlagen wird Arbeitskarte. (Anhang 1 )

Basierend auf den Antworten der Studierenden erstellen wir ein Diagramm. ( Anlage 2 )

– Welche Mechanismen haben Sie kennengelernt...
– Wozu dienen einfache Mechanismen? ...

Hebelarm- ein starrer Körper, der sich um einen festen Träger drehen kann. In der Praxis kann die Rolle eines Hebels ein Stock, ein Brett, ein Brecheisen usw. übernehmen.
Der Hebel hat einen Drehpunkt und eine Schulter. Schulter- Das kürzeste Distanz vom Drehpunkt zur Wirkungslinie der Kraft (d. h. eine vom Drehpunkt zur Wirkungslinie der Kraft abgesenkte Senkrechte).
Typischerweise können die auf den Hebel ausgeübten Kräfte als Gewicht der Körper angesehen werden. Wir nennen eine der Kräfte die Widerstandskraft, die andere die treibende Kraft.
Auf dem Bild ( Anhang 4 ) sieht man einen gleicharmigen Hebel, der dem Kräfteausgleich dient. Ein Beispiel für eine solche Hebelwirkung ist eine Waage. Was wird Ihrer Meinung nach passieren, wenn sich eine der Kräfte verdoppelt?
Das ist richtig, die Waage wird aus dem Gleichgewicht geraten (ich zeige es auf einer normalen Waage).
Glauben Sie, dass es eine Möglichkeit gibt, mehr Macht mit weniger Macht in Einklang zu bringen?

Leute, ich schlage euch im Kurs vor Mini-Experiment Leiten Sie die Gleichgewichtsbedingung für den Hebel her.

Experiment

Auf den Tischen liegen Laborhebel. Lassen Sie uns gemeinsam herausfinden, wann der Hebel im Gleichgewicht ist.
Hängen Sie es dazu an einen Haken mit rechte Seite ein Gewicht im Abstand von 15 cm von der Achse.

• Balancieren Sie den Hebel mit einem Gewicht. Messen Sie Ihre linke Schulter.
• Balancieren Sie den Hebel, aber mit zwei Gewichten. Messen Sie Ihre linke Schulter.
• Balancieren Sie den Hebel, aber mit drei Gewichten. Messen Sie Ihre linke Schulter.
• Balancieren Sie den Hebel, aber mit vier Gewichten. Messen Sie Ihre linke Schulter.

– Welche Schlussfolgerungen lassen sich ziehen:

• Wo mehr Kraft vorhanden ist, ist die Hebelwirkung geringer.
• So oft die Kraft zugenommen hat, so oft hat die Schulter abgenommen,

- Lassen Sie uns formulieren Hebelgleichgewichtsregel:

Ein Hebel befindet sich im Gleichgewicht, wenn die auf ihn wirkenden Kräfte umgekehrt proportional zu den Armen dieser Kräfte sind.

– Versuchen Sie nun, diese Regel mathematisch zu schreiben, also die Formel:

F 1 l 1 = F 2 l 2 => F 1 / F 2 = l 2 / l 1

Die Regel des Hebelgleichgewichts wurde von Archimedes aufgestellt.
Aus dieser Regel folgt dass eine kleinere Kraft verwendet werden kann, um mithilfe eines Hebels eine größere Kraft auszugleichen.

Entspannung: Schließen Sie Ihre Augen und bedecken Sie sie mit Ihren Handflächen. Stellen Sie sich ein weißes Blatt Papier vor und versuchen Sie, im Geiste Ihren Vor- und Nachnamen darauf zu schreiben. Setzen Sie am Ende des Eintrags einen Punkt. Vergessen Sie jetzt die Buchstaben und merken Sie sich nur den Punkt. Es sollte für Sie so aussehen, als würde es sich mit einer langsamen, sanften Schaukelbewegung von einer Seite zur anderen bewegen. Du hast dich entspannt... entferne deine Handflächen, öffne deine Augen, du und ich kehren voller Kraft und Energie in die reale Welt zurück.

V. Phase der Konsolidierung neuen Wissens

1. Setzen Sie den Satz fort...

• Hebel ist... ein starrer Körper, der sich um eine feste Stütze drehen kann
• Der Hebel ist im Gleichgewicht, wenn... die auf ihn einwirkenden Kräfte sind umgekehrt proportional zu den Armen dieser Kräfte.
• Machtausübung ist... der kürzeste Abstand vom Drehpunkt zur Wirkungslinie der Kraft (d. h. die Senkrechte, die vom Drehpunkt zur Wirkungslinie der Kraft abfällt).
• Kraft wird gemessen in...
• Die Hebelwirkung wird in... gemessen.
• Zu den einfachen Mechanismen gehören... Hebel und seine Varianten: – Keil, Schraube; schiefe Ebene und ihre Varianten: Keil, Schraube.
• Es bedarf einfacher Mechanismen für... um Macht zu erlangen

2. Füllen Sie die Tabelle aus (selbst):

Finden Sie einfache Mechanismen in Geräten

Gegenseitige Kontrolle

Übertragen Sie die Beurteilung nach gegenseitiger Kontrolle auf die Selbstbeurteilungskarte.

Hatte Archimedes Recht?

Archimedes war sich sicher, dass es keine so schwere Last gibt, die ein Mensch nicht heben kann – er muss nur einen Hebel benutzen.
Und doch hat Archimedes die menschlichen Fähigkeiten übertrieben. Wenn Archimedes wüsste, wie groß die Masse ist Globus, dann hätte er wahrscheinlich auf den ihm in der Legende zugeschriebenen Ausruf verzichtet: „Gib mir einen Stützpunkt, und ich werde die Erde heben!“ Um die Erde nur um 1 cm zu bewegen, müsste die Hand von Archimedes schließlich 10 18 km zurücklegen. Es stellt sich heraus, dass, um die Erde um einen Millimeter zu bewegen, der lange Arm des Hebels um 100.000.000.000 Billionen größer sein muss als der kurze Arm. einmal! Das Ende dieses Arms würde 1.000.000 Billionen zurücklegen. Kilometer (ungefähr). Und es würde viele Millionen Jahre dauern, bis ein Mensch einen solchen Weg zurückgelegt hätte! Aber das ist das Thema einer anderen Lektion.

VI. Phase der Information der Schüler über Hausaufgaben, Anweisungen zu deren Erledigung

1. Zusammenfassend: Was wurde im Unterricht Neues gelernt, wie hat der Unterricht funktioniert, welche Schüler haben besonders fleißig gearbeitet (Noten).

2. Hausaufgaben

Jeder: § 55-56
Für Interessierte: Erstellen Sie ein Kreuzworträtsel zum Thema „Einfache Mechanismen bei mir zu Hause“
Individuell: Bereiten Sie Botschaften oder Präsentationen „Hebel in der Tierwelt“, „Die Kraft unserer Hände“ vor.

- Der Unterricht ist vorbei! Auf Wiedersehen, alles Gute für Sie!

Ein Hebel ist ein starrer Körper, der sich um einen festen Punkt drehen kann. Der Fixpunkt heißt Drehpunkt. Der Abstand vom Drehpunkt zur Wirkungslinie der Kraft wird genannt Schulter diese Kraft.

Gleichgewichtszustand des Hebels: Der Hebel befindet sich im Gleichgewicht, wenn die Kräfte auf den Hebel wirken F 1 Und F 2 neigen dazu, es in entgegengesetzte Richtungen zu drehen, und die Module der Kräfte sind umgekehrt proportional zu den Schultern dieser Kräfte: F 1 /F 2 = l 2 /l 1 Diese Regel wurde von Archimedes aufgestellt. Der Legende nach rief er aus: Gib mir Halt und ich werde die Erde anheben .

Für den Hebel ist es erfüllt « goldene Regel» Mechanik (wenn Reibung und Masse des Hebels vernachlässigt werden können).

Indem Sie etwas Kraft auf einen langen Hebel ausüben, können Sie mit dem anderen Ende des Hebels eine Last anheben, deren Gewicht diese Kraft bei weitem übersteigt. Das bedeutet, dass Sie durch den Einsatz von Hebelwirkung an Macht gewinnen können. Beim Einsatz von Hebelwirkung geht ein Machtgewinn zwangsläufig mit einem entsprechenden Verlust einher.

Moment der Macht. Regel der Momente

Das Produkt aus dem Kraftmodul und seiner Schulter heißt Moment der Kraft.M = Fl , wobei M das Kraftmoment, F die Kraft und l die Hebelwirkung der Kraft ist.

Regel der Momente: Ein Hebel befindet sich im Gleichgewicht, wenn die Summe der Kräftemomente, die dazu neigen, den Hebel in eine Richtung zu drehen, gleich der Summe der Kraftmomente ist, die dazu neigen, ihn in die entgegengesetzte Richtung zu drehen. Diese Regel gilt für jeden starren Körper, der sich um eine feste Achse drehen kann.

Das Kraftmoment charakterisiert die rotierende Wirkung der Kraft. Diese Aktion hängt sowohl von der Kraft als auch von ihrer Hebelwirkung ab. Deshalb versuchen sie beispielsweise beim Öffnen einer Tür, die Kraft so weit wie möglich von der Drehachse entfernt aufzubringen. Mit Hilfe kleine Kraft Dadurch entsteht ein bedeutsamer Moment und die Tür öffnet sich. Durch Druck in der Nähe der Scharniere ist das Öffnen wesentlich schwieriger. Aus dem gleichen Grund ist es einfacher, die Mutter mit einer längeren Schraube abzuschrauben Schlüssel, lässt sich die Schraube leichter mit einem Schraubendreher mit breiterem Griff usw. entfernen.

Die SI-Einheit des Kraftmoments ist Newtonmeter (1 N*m). Dies ist das Moment einer Kraft von 1 N mit einer Schulter von 1 m.

Ein Hebel ist ein starrer Körper, der sich um einen festen Punkt drehen kann.

Ein fester Punkt wird als Drehpunkt bezeichnet.

Ein bekanntes Beispiel für einen Hebel ist eine Schaukel (Abb. 25.1).

Wann balancieren sich zwei Personen auf einer Wippe gegenseitig aus? Beginnen wir mit Beobachtungen. Sie haben sicherlich bemerkt, dass sich zwei Personen auf einer Schaukel gegenseitig ausbalancieren, wenn sie ungefähr das gleiche Gewicht haben und ungefähr den gleichen Abstand vom Drehpunkt haben (Abb. 25.1, a).

Reis. 25.1. Gleichgewichtsbedingung für eine Schaukel: a – Personen mit gleichem Gewicht balancieren einander, wenn sie in gleichem Abstand vom Drehpunkt sitzen; b - Leute verschiedene Gewichte balancieren sich gegenseitig aus, wenn das schwerere näher am Drehpunkt sitzt

Wenn diese beiden sehr unterschiedlich schwer sind, gleichen sie sich nur aus, wenn das schwerere viel näher am Drehpunkt sitzt (Abb. 25.1, b).

Gehen wir nun von den Beobachtungen zu den Experimenten über: Finden wir experimentell die Bedingungen für das Gleichgewicht des Hebels.

Lassen Sie uns Erfahrung sammeln

Die Erfahrung zeigt, dass gleich schwere Lasten den Hebel ausgleichen, wenn sie in gleichen Abständen vom Drehpunkt aufgehängt sind (Abb. 25.2, a).

Haben die Lasten unterschiedliche Gewichte, dann ist der Hebel im Gleichgewicht, wenn die schwerere Last um ein Vielfaches näher am Drehpunkt ist, als ihr Gewicht größer ist als das Gewicht der leichten Last (Abb. 25.2, b, c).

Reis. 25.2. Experimente zur Ermittlung des Gleichgewichtszustandes eines Hebels

Gleichgewichtszustand des Hebels. Der Abstand vom Drehpunkt zur Geraden, entlang der die Kraft wirkt, wird als Arm dieser Kraft bezeichnet. Bezeichnen wir mit F 1 und F 2 die Kräfte, die von der Seite der Lasten auf den Hebel wirken (siehe Diagramme auf der rechten Seite von Abb. 25.2). Bezeichnen wir die Schultern dieser Kräfte als l 1 bzw. l 2. Unsere Experimente haben gezeigt, dass der Hebel im Gleichgewicht ist, wenn die auf den Hebel ausgeübten Kräfte F 1 und F 2 dazu neigen, ihn in entgegengesetzte Richtungen zu drehen, und die Module der Kräfte umgekehrt proportional zu den Armen dieser Kräfte sind:

F 1 /F 2 = l 2 /l 1.

Dieser Zustand des Hebelgleichgewichts wurde im 3. Jahrhundert v. Chr. von Archimedes experimentell festgestellt. e.

Den Gleichgewichtszustand eines Hebels können Sie in der Laborarbeit Nr. 11 experimentell untersuchen.