Temat

Maszyny proste cz. 1

Etap edukacyjny

Trzeci, poziom rozszerzony

Podstawa programowa

II. Mechanika. Uczeń:

23) opisuje ruch ciał na równi pochyłej.

Czas

45 minut

Ogólny cel kształcenia

Przedstawienie budowy maszyn prostych.

Kształtowane kompetencje kluczowe

1. Przedstawienie zasad działania maszyn prostych.

2. Kształcenie umiejętności rozwiązywania problemów przez analogię.

3. Rozwijanie umiejętności pracy w grupie.

Cele (szczegółowe) operacyjne

Uczeń:

- przedstawia zasadę działania dźwigni dwustronnej i jednostronnej,

- podaje przykłady zastosowania dźwigni dwustronnej i jednostronnej.

Metody kształcenia

1. Uczenie się przez obserwację.

2. Uczenie się przez stosowanie poznanych reguł i analogii.

Formy pracy

1. Praca indywidualna.

2. Praca grupowa.

Etapy lekcji

Wprowadzenie do lekcji

Jak definiujemy pracę w fizyce?

Jakie cechy posiada siła jako wektor?

Co nazwiemy maszyną prostą?

Wniosek:
Istnieją urządzenie, które pomagają ludziom wykonywać pracę, chociaż jej nie zmniejszają.

Realizacja lekcji

Maszyny proste to urządzenia ułatwiające wykonanie pracy.

Nie zmniejszają one pracy, ale umożliwiają wykonanie jej z użyciem mniejszej siły.

Przykłady maszyn prostych:
- dźwignia jednostronna,
- dźwignia dwustronna,
- blok nieruchomy,
- kołowrót,
- blok ruchomy,
- równia pochyła,
- śruba lub ślimak,
- wielokrążek,
- przekładnia zębata,
- mechanizm korbowy,
- prasa hydrauliczna.

Polececnie
Otwórz i obejrzyj slideshow: „Jak przesunąć wielki kamień?”.

[Slideshow]

Przedstawiony powyżej stalowy pręt ułożony w taki, a nie inny sposób, pełni rolę dźwigni dwustronnej.

Definicja
Dźwignia dwustronna to sztywny pręt podparty w jednym punkcie, do którego siły są przyłożone po obu stronach punktu podparcia.

Doświadczenie 1
Wykonaj serię doświadczeń z dźwignią dwustronną.

1) Zawieszaj te same odważniki w różnych odległościach od osi obrotu. Kiedy dźwignia jest w równowadze?

2) Zawieszaj różne odważniki w różnych odległościach od osi obrotu. Kiedy dźwignia jest w równowadze?

Warunki równowagi dźwigni dwustronnej.
Dźwignia dwustronna pozostaje w równowadze, jeśli iloczyn siły i ramienia siły ma taką samą wartość po obu stronach punktu podparcia dźwigni:

gdzie:
FIndeks dolny 1₁ i FIndeks dolny 2₂ - siły przyłożone do dźwigni (prostopadłe do niej),
rIndeks dolny 1₁ i rIndeks dolny 2₂ - długość ramion działania przyłożonych sił.

Definicja
Dźwignia jednostronna to sztywny pręt podparty w jednym punkcie, do którego siły są przyłożone po jednej stronie punktu podparcia.

Doświadczenie 2
Wykonaj serię doświadczeń z dźwignią jednostronną.

1) Umocuj siłomierz w jednym punkcie dźwigni jednostronnej. Zawieszaj te same odważniki w różnych odległościach od osi obrotu. Co wskazuje siłomierz? Kiedy dźwignia jest w równowadze?

2) Umocuj siłomierz w jednym punkcie dźwigni jednostronnej. Zawieszaj różne odważniki w różnych odległościach od osi obrotu. Co wskazuje siłomierz? Kiedy dźwignia jest w równowadze?

Dźwignia jednostronna pozostaje w równowadze, jeśli iloczyn siły i ramienia siły ma taką samą wartość po jednej stronie punktu podparcia dźwigni:

gdzie:
FIndeks dolny 1₁ i FIndeks dolny 2₂ - siły przyłożone do dźwigni ( prostopadłe do niej),
rIndeks dolny 1₁ i rIndeks dolny 2₂ - długość ramion działania przyłożonych sił.

Polecenie
Na jednym końcu huśtawki, będącej dźwignią dwustronną, o długości 3 m, podpartej na środku, usiadło dziecko o masie 20 kg. Jak daleko od drugiego końca powinno usiąść dziecko o masie 30 kg , aby huśtawka była
w równowadze?

Odpowiedź:
1 m.

Polecenie
Do odkręcenia dużej śruby stosuje się klucz z długą dźwignią. Ramię działania siły oporu jest 20 mniejsze od ramienia działania siły człowieka na klucz. Aby odkręcić śrubę człowiek użył siły 20 N. Z jaką siłą „oporowała” śruba?

Polecenie
Podaj po trzy przykłady zastosowania w praktyce dźwigni jednostronnej i dwustronnej.

Podsumowanie lekcji

Maszyny proste są to najprostsze urządzenia pozwalające użyć siły inaczej skierowanej lub mniejszej bądź dla zrównoważenia danej siły, bądź dla wykonania danej pracy.

Warunek równowagi zarówno dla dźwigni jednostronnej jak i dwustronnej jest dokładnie taki sam:

gdzie:
FIndeks dolny 1₁ i FIndeks dolny 2₂ - siły przyłożone do dźwigni (prostopadłe do niej),
rIndeks dolny 1₁ i rIndeks dolny 2₂ - długość ramion działania przyłożonych sił.

Użycie dźwigni nie powoduje zmiany wielkości pracy jaką musimy wykonać.