✨ ПРОСТІ МЕХАНІЗМИ — це пристрої, призначені для зміни значення чи напрямку сили або її значення й напрямку одночасно.
✨ Якщо простий механізм надає виграш у силі, то ми обов’язково отримуємо програш у відстані; і навпаки, виграш у відстані супроводжується програшем у силі.
Рис. 1.1. За допомогою простих механізмів можна змінити: напрямок сили (а); значення сили (б); значення й напрямок сили одночасно (в)
Розгляньте рис. 1.1. Як блок флагштока змінює напрямок сили?
На рисунку 1.1(а) зображено блок флагштока. Блок змінює напрямок сили так, що коли ми тягнемо за мотузку вниз, прапор піднімається вгору. Тобто, напрямок прикладеної сили з вертикальної вниз змінюється на вертикальну вгору.
Збільшується чи зменшується значення прикладеної сили, коли ми відкриваємо кран?
На рисунку 1.1(б) зображено кран (важіль). Коли ми відкриваємо кран, значення прикладеної сили зменшується. Завдяки важелю ми прикладаємо меншу силу до ручки.
Чому ми можемо стверджувати, що коловорот одночасно змінює і значення, і напрямок сили?
На рисунку 1.1(в) зображено коловорот. Коли ми обертаємо ручку коловорота в горизонтальній площині, а мотузка намотується на вісь і піднімає вантаж вертикально вгору – це зміна напрямку сили. А через різницю в радіусах ручки та осі ми прикладаємо меншу силу, щоб підняти більший вантаж – це зміна значення сили.
Контрольні запитання
1. Для чого використовують прості механізми?
Прості механізми використовують для зміни значення та (або) напрямку сили, щоб виконувати роботу з меншими зусиллями або зручніше піднімати, переміщати предмети.
2. Які є види простих механізмів?
Види простих механізмів: похила площина (її різновиди – пандус, клин, гвинт) і важіль (різновиди – важіль, блок, коловорот).
3. Назвіть різновиди похилої площини та важеля. Наведіть приклади їх застосування.
Різновиди похилої площини:
- Пандус (застосовують для підйому вантажів)
- Клин (для розколювання деревини)
- Гвинт (у м’ясорубках, домкратах, шурупах, свердлах)
Різновиди важеля:
- Важіль (ножиці)
- Блок (підйом прапора, підйомні крани)
- Коловорот (колодязний журавель, м’ясорубка).
4. Які спільні риси мають прості механізми?
Усі прості механізми можуть змінювати значення і/або напрямок сили. Якщо механізм дає виграш у силі, то буде програш у відстані, і навпаки: виграш у відстані супроводжується програшем у силі.
5. За якою формулою визначають виграш у силі?
Виграш у силі визначають за формулою:
$$ \frac{F_1}{F_2} = \frac{l}{h} $$
де $F_1$ – сила без механізму, $F_2$ – сила з механізмом, $l$ – довжина похилої площини, $h$ – висота підйому.
Вправа 1
1. Який простий механізм використовують для завантаження багажу в літак? Що змінює цей механізм?
На рис. 1 зображено похилу площину (транспортер). Цей механізм змінює і напрямок, і значення сили. Замість піднімати вантаж вертикально вгору, ми переміщуємо його по похилій площині з меншим зусиллям.
2. Установіть відповідність між зображенням простого механізму (1-4) та його назвою (А-Д).
1 – Б (Важіль)
2 – В (Клин)
3 – Д (Гвинт)
4 – Г (Коловорот)
3. Які властивості похилої площини ми використовуємо, піднімаючись гірським «серпантином»?
Піднімаючись гірським “серпантином”, ми використовуємо такі властивості похилої площини:
- Зменшення значення сили, потрібної для підйому
- Зміна напрямку руху з вертикального на похилий
- Збільшення шляху, але з меншим зусиллям
4. Які прості механізми входять до складу ножиць? до складу бура?
Ножиці: важіль і клин.
Бур: коловорот, гвинт, і клин (ріжуча кромка).
5. Який максимальний виграш у силі дає похила площина, якщо за її допомогою рівномірно піднімають тіло масою 80 кг на висоту 2 м, прикладаючи силу 400 Н? Якою є довжина цієї похилої площини?
Максимальний виграш у силі:
$$ \frac{F_1}{F_2} = \frac{m \cdot g}{F_2} = \dfrac{80 \cdot 10}{400} = 2 $$
Довжина похилої площини:
$$ l = \frac{F_1}{F_2} \cdot h = 2 \cdot 2 = 4 \text{ м} $$
Відповідь: Довжина похилої площини – 4 м, виграш у силі 2