§1. Прості механізми. Похила площина

Зміст

1. Для чого використовують прості механізми?

Прості механізми допомагають змінити силу або її напрямок, завдяки чому виконувати фізичну роботу стає легше.

2. Які є види простих механізмів?

Існує шість основних видів простих механізмів: важіль, блок, похила площина, клин, гвинт, коловорот.

3. Назвіть різновиди похилої площини та важеля. Наведіть приклади їх застосування.

Похила площина буває у вигляді пандусів, ескалаторів, а також гвинтів, які теж вважаються різновидом похилої площини.

Важелі – це ножиці, дверні ручки, гойдалки.

4. Які спільні риси мають прості механізми?

Спільна риса всіх простих механізмів описується “золотим правилом механіки”: у скільки разів виграємо в силі, у стільки ж разів програємо у відстані.

5. За якою формулою визначають виграш у силі?

Виграш у силі обчислюють так:

$\dfrac{F_{1}}{F_{2}} = \dfrac{l}{h}$

де

$F_{1}$ – сила, яку отримуємо на виході,
$F_{2}$ – сила, яку докладаємо,
$l$ – довжина похилої площини,
$h$ – висота, на яку піднімаємо.

Відповіді та розв’язки до Вправи 1

1. Який простий механізм використовують для завантаження багажу в літак (рис. 1)?

Для завантаження багажу в літак застосовують похилу площину у вигляді конвеєра. Це дуже зручно, бо конвеєр дозволяє легко переміщати важкі валізи, не докладаючи зайвих зусиль.

Що змінює цей механізм?

Похила площина змінює і значення, і напрямок сили. Завдяки їй можна піднімати багаж, прикладаючи меншу силу, ніж потрібно було б для вертикального підйому, і рухати предмети вгору, а не просто тягнути їх на собі.

2. Установіть відповідність між зображенням простого механізму (1-4) та його назвою (А-Д).

1 – Б (Важіль): терези на малюнку – це класичний важіль.

2 – В (Клин): ніж, що ріже хліб, працює як клин.

3 – Д (Гвинт): спіральна форма на малюнку – це гвинт.

4 – Г (Коловорот): колодязь з відром – типовий приклад коловороту.

3. Які властивості похилої площини ми використовуємо, піднімаючись гірським «серпантином»?

Піднімаючись гірським «серпантином», ми використовуємо властивість похилої площини давати виграш у силі. Дорога стає набагато довшою, але підійматися нею легше, ніж лізти прямо вгору.

4. Які прості механізми входять до складу ножиць? до складу бура (рис. 2)?

Ножиці складаються з двох важелів та двох клинів (лез). Бур (рис. 2): коловорот, гвинт (і ще може різальна кромка то клин).

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?

Сила тяжіння:

$F_1 = m \cdot g = 80 \cdot 9.8 = 784\\, \text{Н}$

Виграш у силі:

$\dfrac{F_1}{F_2} = \frac{784}{400} = 1.96$

Довжина похилої площини:

$\dfrac{F_1}{F_2} = \dfrac{l}{h} \Rightarrow l = \dfrac{F_1}{F_2} \cdot h = 1.96 \cdot 2 = 3.92\\, \text{м}$

Відповідь: Максимальний виграш у силі – 1.96, а довжина похилої площини – 3.92 м. (якщо взяти силу тяжіння 10 то виграш 2, а довжина 4 м.)