ПРОСТЫЕ МЕХАНИЗМЫ. РЫЧАГ, РАВНОВЕСИЕ СИЛ НА РЫЧАГЕ - 7 класс

Интеграция предметов: физика — биология.

Пояснительная записка:

1. На уроке понадобится эпидиаскоп, рисунки из учебников физики и биологии, а также рычаг лабораторный и набор грузов.

2. В конце урока дается домашнее задание в виде таблицы.

Ход урока

Учитель физики. Ребята, как вы думаете, какой простой механизм применяли в Египте при строительстве пирамид? Конечно, самое простое приспособление — рычаг.

Каждому известно, что тяжелый предмет сдвигают с места при помощи достаточно длинной и прочной палки — рычага.

Во многих случаях для того, чтобы поднять тяжелый груз на некоторую высоту, его поднимают с помощью блоков или же втаскивают по наклонной плоскости. Рассмотрим схему.

Учитель физики. Ребята, как вы думаете, для чего применяют простые механизмы?

Ученики. Для того, чтобы совершая работу, выиграть в силе.

Учитель физики. Простые механизмы имеются и в быту, и во всех сложных заводских машинах, в сложных автоматах, печатных и счетных машинах.

Ребята, где вы видели, в каких бытовых приборах и устройствах, простые механизмы?

Ученики. Весы рычажные (рычаг), мясорубка (винт), ножницы (рычаг), нож (клин), топор (клин) и т.д.

Учитель физики. А какие простые механизмы есть у подъемного крана?

Ученики. Рычаг (стрела крана), блоки (на конце стрелы и крючка для зацепки груза).

Учитель физики. Сегодня мы остановимся более подробно на рычагах. Рычаг — это твердое тело, которое может вращаться вокруг неподвижной опоры (оси).

Рассмотрим рисунок, где человек поднимает тяжелый груз, выясним, где ось рычага в первом и втором случае. В первом случае человек с силой F нажимает на конец лома В и таким образом поворачивает лом вокруг оси, проходящей через единственную неподвижную точку лома — точку его опоры О. Обратите внимание, сила F, с которой человек действует на рычаг (лом), меньше силы тяжести груза. Таким образом, человек получает выигрыш в силе. Во втором случае человек приподнимает конец лома, действует силой в точке В. Рычаг (лом) поворачивается вокруг точки — опоры лома (точка О, которая касается земли).

И во втором случае человек прикладывает силу меньшую, чем вес груза, и получает выигрыш в силе.

Ребята, а сейчас выясним условия, при которых рычаг находится в равновесии под действием приложенных к нему сил. (Показ опыта.)

Кратчайшее расстояние между точкой опоры (осью) и прямой, вдоль которой действует на рычаг сила, называют плечом силы. (Показывает плечи на лабораторном рычаге.)

Чтобы найти плечо силы, надо из точки опоры опустить перпендикуляр на линию действия силы. Длина этого перпендикуляра и будет плечом данной силы. l1 — плечо силы F1, l2 — плечо силы F2. Измеряем силы, действующие на рычаг и плечи этих сил.

Из опыта видно, что меньшая сила уравновесила большую, и что плечо меньшей силы больше плеча большей силы. Ребята, какой же вывод делаем, каково же условие равновесия рычага? Ученики. Рычаг находится в равновесии, когда силы, действующие на него, обратно пропорциональны плечам этих сил

Учитель физики. Это правило равновесия рычага было установлено древнегреческим ученым Архимедом. Из этого правила видно, что меньшей силой можно уравновесить при помощи рычага большую силу.

При помощи лома рабочий поднимает ящик массой 120 кг. Какую силу он прикладывает к большому плечу рычага, если длина этого плеча 1,2 м, а меньшего плеча 0,3 м, какой будет выигрыш в силе?

Задача

Дано:

Решение:

По правилу равновесия рычага

Ответ. 300 Н.

Учитель физики. Значит, рабочий преодолевал силу 1200 Н, прикладывая к лому (рычагу) силу 300 Н, чему же будет равен выигрыш в силе?

Ученики. Выигрыш в силе в 4 раза:

Учитель биологии. Ребята, но простые механизмы, в частности рычаги, встречаются и в живой природе.

В скелете животных и человека все кости, имеющие некоторую свободу движения, являются рычагами. У человека — это кости конечностей, нижняя челюсть, череп, фаланги пальцев.

Рассмотрим условия равновесия рычага на примере черепа. Здесь ось вращения рычага О проходит через сочленение черепа с первым позвонком. Спереди от точки опоры на коротком плече действует сила тяжести головы R, позади — сила F тяги мышц и связок, прикрепленных к затылочной кости.

Другим примером работы рычага является действие стопы при подъеме на полупальцы.

Опорой рычага служат головки плюсневых костей. Преодолеваемая сила R (вес всего тела) приложена к таранной кости.

Действующая мышечная сила F, осуществляющая подъем тела, передается через ахиллово сухожилие и приложена к выступу пяточной кости.

Учитель физики. Ребята, давайте-ка оценим мышечную силу (мускулатуру) при ходьбе. Допустим, масса мальчика 50 кг. Длина его стопы 26 см, расстояние от фаланги пальцев до центра таранной кости 21 см.

Дано:

Решение:

Определим вес мальчика:

Применяем правило равновесия рычага: Отсюда:

Ответ. 400 Н.

Учитель биологии. Интересные рычажные механизмы можно найти в некоторых цветках. Рассмотрим строение лугового шалфея.

Вытянутая тычинка служит длинным плечом рычага А. На ее конце расположена пыльца. Короткое плечо Б рычага как бы стережет вход в цветок. Когда насекомое (шмель, пчела) заползает в цветок, оно нажимает на короткое плечо рычага. Длинное плечо при этом ударяет пыльником по спинке насекомого и оставляет на ней пыльцу. Перелетая на другой цветок, насекомое этой пыльцой опыляет его.

Учитель физики. Ребята, сегодня на уроке мы изучали простые механизмы и выяснили, для чего их используют. Оглянитесь вокруг, и вы обнаружите простые механизмы. Задумайтесь об устройстве своего организма. Вы непременно обнаружите в нем «простые механизмы», и не только рычаги.

Домашнее задание

Перечислить простые механизмы, которые вы обнаружите дома, и те «простые механизмы», которые есть в вашем организме и в организме животных. Составить таблицу.

Простой механизм в быту, в организме человека и животного	Вид простого механизма
1. Кусачки	Рычаг, клин
2. Дверная ручка	Рычаг
3. Ножницы	Рычаг
4. Нож	Клин
5. Клавиши пианино	Рычаг
6. Мясорубка	Винт, ворот
7. Домкрат	Рычаг, винт
8. Топор	Клин
9. Зубы, клыки	Клин
10. Когти кошки	Клин, рычаг
11. Рога животного	Клин
12. Челюсти	Рычаг