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.)