Application de la loi d'équilibre du levier au bloc : la règle d'or de la mécanique. Application de la loi d'équilibre du levier au bloc : la règle d'or de la mécanique Archimède avait-il raison ?

Savez-vous ce qu'est un bloc ? Il s'agit d'un tel engin rond avec un crochet, à l'aide duquel, sur les chantiers de construction, ils soulèvent des charges à une hauteur.

Ressemble à un levier? À peine. Cependant, le bloc est aussi un mécanisme simple. De plus, on peut parler de l'applicabilité de la loi d'équilibre du levier au bloc. Comment est-ce possible? Essayons de comprendre.

Application de la loi de l'équilibre

Le bloc est un dispositif composé d'une roue avec une rainure à travers laquelle passe un câble, une corde ou une chaîne, ainsi qu'un support avec un crochet fixé à l'axe de la roue. Le bloc peut être fixe ou mobile. Le bloc fixe a un essieu fixe et il ne bouge pas lorsque la charge est levée ou abaissée. Le bloc immobile aide à changer la direction de la force. Après avoir jeté une corde sur un tel bloc, suspendu en haut, nous pouvons soulever la charge, tout en étant nous-mêmes en bas. Cependant, l'utilisation d'un bloc fixe ne nous donne pas un gain de force. On peut imaginer un bloc comme un levier tournant autour d'un support fixe - l'axe du bloc. Ensuite, le rayon du bloc sera égal aux épaules appliquées des deux côtés des forces - la force de traction de notre corde avec une charge d'un côté et la gravité de la charge de l'autre. Les épaules seront égales, respectivement, il n'y a pas de gain de force.

La situation est différente avec le bloc mobile. Le bloc mobile se déplace avec la charge, comme s'il reposait sur une corde. Dans ce cas, le point d'appui à chaque instant sera au point de contact du bloc avec la corde d'un côté, la charge sera appliquée au centre du bloc, où il est attaché à l'essieu, et le la force de traction sera appliquée au point de contact avec la corde de l'autre côté du bloc. Autrement dit, l'épaule du poids corporel sera le rayon du bloc et l'épaule de la force de notre poussée sera le diamètre. Le diamètre, comme vous le savez, est le double du rayon, respectivement, les bras diffèrent en longueur d'un facteur deux et le gain de force obtenu à l'aide du bloc mobile est de deux. En pratique, une combinaison d'un bloc fixe avec un bloc mobile est utilisée. Un bloc fixe fixé au sommet ne donne pas de gain de force, mais il aide à soulever la charge en se tenant en dessous. Et le bloc mobile, se déplaçant avec la charge, double la force appliquée, aidant à soulever de grandes charges à une hauteur.

La règle d'or de la mécanique

La question se pose : les appareils utilisés donnent-ils un gain de travail ? Le travail est le produit de la distance parcourue par la force appliquée. Considérez un levier avec des bras qui diffèrent d'un facteur deux dans la longueur du bras. Cet effet de levier nous donnera deux fois plus de force, cependant, deux fois plus d'effet de levier voyageront deux fois plus loin. Autrement dit, malgré le gain de force, le travail effectué sera le même. C'est l'égalité du travail lorsqu'on utilise des mécanismes simples : combien de fois on gagne en force, autant de fois on perd en distance. Cette règle s'appelle la règle d'or de la mécanique., et cela s'applique à absolument tous les mécanismes simples. Par conséquent, des mécanismes simples facilitent le travail d'une personne, mais ne réduisent pas son travail. Ils aident simplement à traduire un type d'effort en un autre, plus pratique dans une situation particulière.

Un levier est un corps rigide qui peut tourner autour d'un point fixe. Le point fixe s'appelle pivot. La distance entre le point d'appui et la ligne d'action de la force est appelée épaule cette force.

État d'équilibre du levier: le levier est en équilibre si les efforts appliqués au levier F1 et F2 ont tendance à le faire tourner dans des sens opposés, et les modules de forces sont inversement proportionnels aux épaules de ces forces : F1/F2 = l 2 / l 1 Cette règle a été établie par Archimède. Selon la légende, il s'écria : Donnez-moi un pied et je soulèverai la terre .

Pour le levier, "règle d'or" de la mécanique (si le frottement et la masse du levier peuvent être négligés).

En appliquant une certaine force sur un long levier, il est possible de soulever une charge avec l'autre extrémité du levier, dont le poids est bien supérieur à cette force. Cela signifie qu'en utilisant l'effet de levier, vous pouvez gagner en force. Lors de l'utilisation de l'effet de levier, le gain en force s'accompagne nécessairement de la même perte en cours de route.

Moment de force. règle du moment

Le produit du module de force et de son bras est appelé instant de force.M = Fl , où M est le moment de la force, F est la force, l est le bras de la force.

règle du moment: le levier est en équilibre si la somme des moments des forces cherchant à faire tourner le levier dans un sens est égale à la somme des moments des forces cherchant à le faire tourner dans le sens opposé. Cette règle est vraie pour tout corps rigide qui peut tourner autour d'un axe fixe.

Le moment de force caractérise l'action rotative de la force. Cette action dépend à la fois de sa force et de son épaule. C'est pourquoi, par exemple, lorsqu'ils veulent ouvrir une porte, ils essaient d'appliquer la force le plus loin possible de l'axe de rotation. Avec l'aide d'une petite force, un moment significatif est créé et la porte s'ouvre. Il est beaucoup plus difficile de l'ouvrir en appliquant une pression près des charnières. Pour la même raison, un écrou est plus facile à dévisser avec une clé plus longue, une vis est plus facile à retirer avec un tournevis à manche plus large, etc.

L'unité SI du moment de force est newton mètre (1 N*m). C'est un moment de force 1 N, ayant un épaulement de 1 m.

Sections: La physique

Type de leçon : leçon d'apprentissage

Objectifs de la leçon:

• Éducatif:
  • familiarité avec l'utilisation de mécanismes simples dans la nature et la technologie;
  • former les compétences d'analyse des sources d'information;
  • établir expérimentalement la règle d'équilibre du levier;
  • former la capacité des étudiants à mener des expériences (expériences) et à en tirer des conclusions.
• Développement:
  • développer la capacité d'observer, d'analyser, de comparer, de généraliser, de classer, d'établir des diagrammes, de formuler des conclusions sur le matériel étudié;
  • développer l'intérêt cognitif, l'indépendance de la pensée et de l'intellect;
  • développer un discours oral compétent;
  • développer des compétences pratiques.
• Éducatif:
  • éducation morale : amour de la nature, sens de l'entraide entre camarades, éthique du travail en groupe ;
  • l'éducation à la culture dans l'organisation du travail éducatif.

Concepts de base:

• mécanismes
• bras de levier
• épaule de force
• bloquer
• portail
• plan incliné
• coin
• vis

Équipement: ordinateur, présentation, polycopié (cartes de travail), un levier sur trépied, un ensemble de poids, un ensemble de laboratoire sur le thème "Mécanique, mécanismes simples".

PENDANT LES COURS

I. Phase d'organisation

1. Salutation.
2. Détermination des absents.
3. Vérification de l'état de préparation des élèves pour la leçon.
4. Vérification de la préparation de la classe pour la leçon.
5. Organisation de l'attention .

II. Étape de vérification des devoirs

1. Révéler le fait que les devoirs ont été faits par toute la classe.
2. Contrôle visuel des tâches dans le classeur.
3. Découvrir les raisons de la non-réalisation de la tâche par les élèves individuels.
4. Questions sur les devoirs.

III. L'étape de préparation des étudiants à l'assimilation active et consciente du nouveau matériel

"Je pourrais faire tourner la Terre avec un levier, il suffit de me donner un point d'appui"

Archimède

Devinez les énigmes :

1. Deux anneaux, deux extrémités et des œillets au milieu. ( Ciseaux)

2. Deux sœurs se sont secouées - elles ont cherché la vérité, et quand elles y sont parvenues, elles se sont arrêtées. ( Balance)

3. Arcs, arcs - rentreront à la maison - étirez-vous. ( Hache)

4. Quel genre de géant miraculeux ?
Tend sa main vers les nuages
Faire son travail:
Aide à construire une maison. ( Grue)

- Regardez à nouveau attentivement les réponses et dites-les en un mot. "Outil, machine" en grec signifie "mécanismes".

Mécanisme- du mot grec "????v?" - outil, imeuble.
Auto- du mot latin " machine" – imeuble.

- Il s'avère qu'un bâton ordinaire est le mécanisme le plus simple. Qui sait comment ça s'appelle ?
- Formulons ensemble le sujet de la leçon : ....
– Ouvrez les cahiers, notez la date et le sujet de la leçon : « Mécanismes simples. Conditions d'équilibre du levier.
- Quel est l'objectif que nous devrions fixer avec vous aujourd'hui dans la leçon ...

IV. Stade d'assimilation des nouvelles connaissances

"Je pourrais faire tourner la Terre avec un levier, donnez-moi juste un point d'appui" - ces mots, qui sont l'épigraphe de notre leçon, disait Archimède il y a plus de 2000 ans. Et les gens s'en souviennent encore et passent de bouche en bouche. Pourquoi? Archimède avait-il raison ?

- Les leviers ont commencé à être utilisés par les gens dans les temps anciens.
D'après vous, à quoi servent-ils ?
- Bien sûr, pour faciliter le travail.
- La première personne à utiliser le levier était notre lointain ancêtre préhistorique, qui déplaçait de lourdes pierres avec un bâton à la recherche de racines comestibles ou de petits animaux se cachant sous les racines. Oui, oui, parce qu'un bâton ordinaire qui a un point d'appui autour duquel on peut le tourner est le vrai levier.
Il existe de nombreuses preuves que dans les pays anciens - Babylone, Égypte, Grèce - les constructeurs utilisaient largement des leviers pour soulever et transporter des statues, des colonnes et d'énormes pierres. A cette époque, ils ne connaissaient pas la loi du levier, mais ils savaient déjà bien que le levier entre des mains compétentes transforme une lourde charge en une charge légère.
Bras de levier- fait partie intégrante de presque toutes les machines, machines-outils et mécanismes modernes. L'excavatrice creuse un fossé - son "bras" en fer avec un godet agit comme un levier. Le conducteur modifie la vitesse de la voiture à l'aide du levier de changement de vitesse. Le pharmacien accroche les poudres sur une balance de pharmacie très précise, la partie principale de ces balances est le levier.
Creusant des plates-bandes dans le jardin, la pelle entre nos mains devient aussi un levier. Tous les types de culbuteurs, poignées et portes sont tous des leviers.

- Faisons connaissance avec des mécanismes simples.

La classe est divisée en six groupes expérimentaux :

1ère étudie le plan incliné.
2ème examine le levier.
3ème étudie le bloc.
4e examine la porte.
5e examine le coin.
6e examine la vis.

Le travail est réalisé selon le descriptif proposé à chaque groupe dans la fiche de travail. ( Pièce jointe 1 )

Nous réalisons un schéma à partir des réponses des élèves. ( Annexe 2 )

- Avec quels mécanismes vous êtes-vous familiarisé ...
A quoi servent les machines simples ? …

Bras de levier- un corps rigide pouvant pivoter autour d'un support fixe. En pratique, un bâton, une planche, un pied de biche, etc. peuvent jouer le rôle de levier.
Le levier a un point d'appui et une épaule. Épaule- c'est la distance la plus courte entre le point d'appui et la ligne d'action de la force (c'est-à-dire la perpendiculaire tombée du point d'appui à la ligne d'action de la force).
Habituellement, les forces appliquées au levier peuvent être considérées comme le poids des corps. L'une des forces que nous appellerons la force de résistance, l'autre - la force motrice.
Sur l'image ( Annexe 4 ) vous voyez un levier à bras égaux qui est utilisé pour équilibrer les forces. Un exemple d'une telle application d'un levier est une échelle. Selon vous, que se passera-t-il si l'une des forces double ?
C'est vrai, les balances seront déséquilibrées (je montre sur des balances ordinaires).
Pensez-vous qu'il existe un moyen d'équilibrer la plus grande puissance avec la moindre?

Les gars, je vous suggère pendant mini-expérience déduire la condition d'équilibre du levier.

Expérience

Il y a des leviers de laboratoire sur les tables. Découvrons avec vous quand le levier sera en équilibre.
Pour ce faire, accrochez une charge au crochet du côté droit à une distance de 15 cm de l'axe.

• Équilibrez le levier avec un poids. Mesurez votre épaule gauche.
• Équilibrez le levier, mais avec deux poids. Mesurez votre épaule gauche.
• Équilibrez le levier, mais avec trois poids. Mesurez votre épaule gauche.
• Équilibrez le levier, mais avec quatre poids. Mesurez votre épaule gauche.

– Quelles conclusions peut-on en tirer :

• Là où il y a plus de force, il y a moins de levier.
• Combien de fois la force a augmenté, combien de fois l'épaule a diminué,

- Formulons règle d'équilibre du levier :

Le levier est en équilibre lorsque les forces agissant sur lui sont inversement proportionnelles aux épaules de ces forces.

- Et maintenant, essayez d'écrire mathématiquement cette règle, c'est-à-dire la formule:

F 1 l 1 = F 2 l 2 => F 1 / F 2 \u003d l 2 / l 1

La règle d'équilibre d'un levier a été établie par Archimède.
De cette règle découle qu'une force plus petite peut être équilibrée par un effet de levier d'une force plus grande.

Relaxation: Fermez les yeux et couvrez-les avec vos paumes. Imaginez une feuille de papier blanc et essayez d'écrire mentalement votre nom et prénom dessus. Mettez un point à la fin de l'entrée. Maintenant, oubliez les lettres et souvenez-vous seulement du point. Il devrait vous apparaître comme se déplaçant d'un côté à l'autre en mouvements lents et doux. Vous êtes détendu… retirez vos paumes, ouvrez vos yeux, nous revenons dans le monde réel plein de force et d'énergie.

V. Stade de consolidation des nouvelles connaissances

1. Continuez la phrase ...

• Le levier est... un corps rigide pouvant tourner autour d'un support fixe
• Le levier est en équilibre si... les forces agissant sur elle sont inversement proportionnelles aux épaules de ces forces.
• Le bras de la force est... la distance la plus courte entre le point d'appui et la ligne d'action de la force (c'est-à-dire la perpendiculaire tombée du point d'appui à la ligne d'action de la force).
• La force se mesure en...
• L'effet de levier se mesure en...
• Les machines simples sont... levier et ses variétés: - coin, vis; plan incliné et ses variétés: coin, vis.
• Des mécanismes simples sont nécessaires pour ... pour gagner en force

2. Remplissez le tableau (par vous-même) :

Trouver des mécanismes simples dans les appareils

CONTRÔLE MUTUEL

Transférer l'évaluation après examen par les pairs dans le tableau d'auto-évaluation.

Archimède avait-il raison ?

Archimède était sûr qu'il n'y avait pas de charge aussi lourde qu'une personne ne soulèverait pas - il suffit d'utiliser le levier.
Et pourtant Archimède a exagéré les possibilités de l'homme. Si Archimède savait l'immensité de la masse de la Terre, il se serait probablement abstenu de l'exclamation que lui attribue la légende : « Donnez-moi un point d'appui, et je soulèverai la Terre ! ». Après tout, pour déplacer la terre de seulement 1 cm, la main d'Archimède devrait parcourir une distance de 10 18 km. Il s'avère que pour déplacer la Terre d'un millimètre, le bras long du levier doit être supérieur au bras court de 100 000 000 000 de milliards. une fois que! La fin de cette épaule aurait parcouru 1 000 000 de milliards. kilomètres (environ). Et un tel voyage prendrait à un homme plusieurs millions d'années !.. Mais c'est le sujet d'une autre leçon.

VI. L'étape de l'information aux élèves sur les devoirs, des instructions sur la façon de les remplir

1. Résumer: quelles nouvelles choses ont été apprises dans la leçon, comment la classe a fonctionné, lesquels des élèves ont travaillé particulièrement avec diligence (notes).

2. Devoirs

A tous : § 55-56
Pour ceux qui le souhaitent : faites une grille de mots croisés sur le thème « Des mécanismes simples chez moi »
Individuellement : préparez des messages ou une présentation « Levier dans la faune », « La force de nos mains ».

- Leçon terminée ! Au revoir, tout le meilleur pour vous!

Un levier est un corps rigide qui peut tourner autour d'un point fixe.

Le point fixe s'appelle le point d'appui.

Un exemple bien connu de levier est une balançoire (Fig. 25.1).

Quand deux personnes sur une balançoire s'équilibrent ? Commençons par des observations. Bien sûr, vous avez remarqué que deux personnes sur une balançoire s'équilibrent si elles ont approximativement le même poids et sont approximativement à la même distance du point d'appui (Fig. 25.1, a).

Riz. 25.1. Condition d'équilibre en bascule : a - des personnes de poids égal s'équilibrent lorsqu'elles sont assises à égale distance du point d'appui ; b - les personnes de poids différents s'équilibrent lorsque la plus lourde est assise plus près du point d'appui

Si ces deux poids sont très différents, ils ne s'équilibrent qu'à la condition que le plus lourd soit beaucoup plus proche du point d'appui (Fig. 25.1, b).

Passons maintenant des observations aux expériences : trouvons expérimentalement les conditions d'équilibre du levier.

Mettons l'expérience

L'expérience montre que des charges de poids égal équilibrent le levier si elles sont suspendues à la même distance du point d'appui (Fig. 25.2, a).

Si les charges ont des poids différents, alors le levier est en équilibre lorsque la charge la plus lourde est tellement plus proche du point d'appui, combien de fois son poids est supérieur au poids de la charge légère (Fig. 25.2, b, c).

Riz. 25.2. Expériences sur la recherche de la condition d'équilibre du levier

Condition d'équilibre du levier. La distance entre le point d'appui et la ligne droite le long de laquelle la force agit s'appelle l'épaule de cette force. Soient F 1 et F 2 les forces agissant sur le levier du côté des charges (voir schémas à droite de la Fig. 25.2). Désignons les épaules de ces forces par l 1 et l 2 , respectivement. Nos expériences ont montré que le levier est en équilibre si les forces F 1 et F 2 appliquées au levier tendent à le faire tourner dans des sens opposés, et les modules des forces sont inversement proportionnels aux épaules de ces forces :

F 1 / F 2 \u003d l 2 / l 1.

Cette condition d'équilibre d'un levier a été établie expérimentalement par Archimède au IIIe siècle av. e.

Vous pouvez étudier la condition d'équilibre du levier par expérience dans le travail de laboratoire n ° 11.