Temat

Maszyny proste cz. 2

Etap edukacyjny

Drugi

Podstawa programowa

I. Wymagania przekrojowe. Uczeń:

4) opisuje przebieg doświadczenia lub pokazu; wyróżnia kluczowe kroki i sposób postępowania oraz wskazuje rolę użytych przyrządów.

Czas

45 minut

Ogólny cel kształcenia

Przedstawienie budowy maszyn prostych kołowrót, bloczek ruchomy i nieruchomy.

Kształtowane kompetencje kluczowe

1. Przedstawienie zasad działania kołowrót, bloczek ruchomy i nieruchomy.

2. Doskonalenie umiejętności rozwiązywania problemów przez analogię.

3. Doskonalenie umiejętności pracy w grupie.

Cele (szczegółowe) operacyjne

Uczeń:

- przedstawia zasadę działania kołowrotu, bloczka ruchomego i nieruchomego,

- podaje przykłady zastosowania kołowrotu, bloczka ruchomego i nieruchomego.

Metody kształcenia

1. Uczenie się przez obserwację i samodzielne wykonywanie eksperymentów.

2. Uczenie się przez stosowanie poznanych reguł i rozwiązywanie zadań problematycznych.

Formy pracy

1. Praca indywidualna i praca wspólna nauczyciel i uczeń.

2. Praca grupowa.

Etapy lekcji

Wprowadzenie do lekcji

Co to są maszyny proste?

Gdzie znajdują zastosowanie maszyny proste?

Czy zastosowanie maszyn prostych zmniejsza wykonaną pracę?

Jaki jest więc sens stosowania maszyn prostych?

Wniosek:
Użycie maszyn prostych ułatwia wykonanie pracy, ale jej nie zmniejsza. Pozwala na wykonanie pracy mniejszej siły, ale na odpowiednio dłuższej drodze.

Realizacja lekcji

Definicja
Kołowrót składa się zazwyczaj z wału o promieniu r oraz korby. Długość ramienia korby R jest większa od promienia walca r.

[Ilustracja 1]

Polecenie 1
Otwórz i obejrzyj Slideshow.

[Slideshow]

Doświadczenie 1
W tym doświadczeniu wykorzystaj szkolny kołowrót lub model kołowrotu zbudowany przez Ciebie.

1. Zawieszaj na sznurku nawiniętym na kołowrót ciężarki o znanej masie a więc i ciężarze. Do korby kołowrotu przymocuj doczep siłomierz i odczytaj wartość siły wskazywanej przez kołowrót w chwili gdy układ został zrównoważony.

2. Jeżeli jest to możliwe, to doczepiaj siłomierz w różnych miejscach korby i powtarzaj doświadczenie jak w 1.

3. Wyniki swoich doświadczeń zapisuj w odpowiedniej tabeli.

4. Wyciągnij wnioski z doświadczeń i sformułuj warunek równowagi kołowrotu.

Warunki równowagi kołowrotu.
Kołowrót pozostaje w równowadze, jeśli iloczyn siły i ramienia siły ma taką samą wartość zarówno dla wału jaki i dla korby:

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

Jeżeli zauważymy, że kołowrót w zależności od położenia korby to na przemian dźwignia jednostronna i dwustronna, to powyższy warunek równowagi staje się oczywisty.

Definicja
Bloczek nieruchomy to krążek, który może wykonywać obrót wokół nieruchomej osi. Przez krążek taki jest przerzucona linka, która nie ślizga się względem powierzchni krążka.

[Ilustracja 2]

Doświadczenie 2
Przygotuj bloczek nieruchomy. Na jednym końcu linki zawieszaj ciężarki o znanej masie. Do drugiego krańca linki zamocuj siłomierz. Odczytuj wartość siły wskazywaną przez siłomierz w chwili, gdy układ jest w równowadze. Zmieniając masę zawieszonych ciężarków odczytuj wartości sił wskazywanych przez siłomierz.

Po przeprowadzeniu doświadczenia sformułuj warunek równowagi bloczka nieruchomego.

Warunki równowagi bloczka nieruchomego.

(Siła napinająca linkę jest równa ciężarowi ciała zawieszonego na drugim końcu liny).

Definicja
Bloczek ruchomy to krążek z przerzuconą liną nieślizgającą się po powierzchni bloczka, mogący przemieszczać się w kierunku pionowym oraz wykonywać obrót.

[Ilustracja 3]

Doświadczenie 3
Przygotuj układ ciężarków z bloczkiem ruchomym. Do wolnego końca liny przymocuj siłomierz. Dobieraj różną liczbę ciężarków przymocowanych do ruchomego bloczka i zapisuj wartość siły pokazywanej przez siłomierz, gdy układ znajduje się w równowadze.
Czy dla bloczka ruchomego siła wskazywana przez siłomierz jest równa ciężarowi zawieszonych odważników?
Ile razy jest mniejsza siła F wskazywana przez siłomierz?

Warunek równowagi dla bloczka ruchomego.

W stanie równowagi siła z jaką napinamy linkę jest zawsze równa ciężarowi ciała.

Polecenie 2
Wskaż po dwa przykłady praktycznego zastosowania kołowrotu, bloczka ruchomego i nieruchomego.

Podsumowanie lekcji

Kołowrót to maszyna prosta, która jest ciekawym połączeniem dźwigni dwustronnej z dźwignią jednostronną. W zależności od położenia korby mamy do czynienia z dźwignią jednostronną lub dwustronną.

Blok nieruchomy nie zmniejsza wykonywanej pracy ale umożliwia łatwiejsze wykonywanie tej pracy poprzez określenie dogodnego kierunku działania siły.

Blok ruchomy umożliwia dwukrotne obniżenie wartości siły potrzebnej do wykonania pracy, ale dwukrotnie zwiększa przesunięcie niezbędne do wykonania pracy. Również w tym przypadku nie zyskujemy na wykonanej pracy.