Descripción bibliográfica: Shumeiko A. V., Vetashenko O. G. Aspecto moderno sobre un simple mecanismo de "bloque", estudiado en los libros de texto de física para el séptimo grado // Joven científico. 2016. N° 2. Pág. 106-113..07.2019).

Los libros de texto de física para séptimo grado, al estudiar un mecanismo de bloque simple, interpretan ganar de diferentes maneras fuerza al levantar una carga desde utilizando este mecanismo, por ejemplo: en El libro de texto de Peryshkin A. B. ganancias en La fuerza se logra con utilizando la rueda del bloque, sobre la que actúan las fuerzas de la palanca, y en el libro de texto de Gendenstein l. E. las mismas ganancias se obtienen con utilizando un cable, que está sujeto a la fuerza de tensión del cable. Diferentes libros de texto, diferentes materias y diferentes fuerzas - recibir ganancias en fuerza al levantar una carga. Por lo tanto, el propósito de este artículo es buscar objetos y fuerza, con a través del cual se obtienen las ganancias fuerza, al levantar una carga con un mecanismo de bloqueo simple.

Palabras clave:

Primero, echemos un vistazo y comparemos cómo se obtienen las ganancias de fuerza al levantar una carga con un simple mecanismo de bloque, en los libros de texto de física para el grado 7. Para ello, colocaremos en una tabla extractos de textos de libros de texto con los mismos conceptos. para mayor claridad.

Peryshkin A. V. Física. Séptimo grado. § 61. Aplicación de la regla de equilibrio de la palanca al bloque, págs. 180-183.	Gendenshtein L. E. Física. Séptimo grado. § 24. Mecanismos simples, págs. 188-196.
"Bloquear Es una rueda con ranura, montada en un soporte. Se pasa una cuerda, cable o cadena a través del canalón del bloque. "Bloque fijo Llaman a un bloque de este tipo cuyo eje es fijo y no sube ni baja al levantar cargas (Fig. 177). Un bloque fijo puede considerarse como una palanca de brazos iguales, en la que los brazos de fuerzas son iguales al radio de la rueda (Fig. 178): OA=OB=r. Un bloque de este tipo no proporciona una ganancia de fuerza. (F1 = F2), pero te permite cambiar la dirección de la fuerza."	"¿Da bloque fijo ganar fuerza? ...en la figura 24.1a el cable se tensa mediante una fuerza aplicada por el pescador al extremo libre del cable. La fuerza de tensión del cable permanece constante a lo largo del cable, por lo que desde el lado del cable hasta la carga (pez ) actúa una fuerza de la misma magnitud. Por lo tanto, un bloque estacionario no proporciona una ganancia de fuerza. 6. ¿Cómo se puede ganar fuerza usando un bloque fijo? Si una persona levanta tú mismo, como se muestra en la Fig. 24.6, entonces el peso de la persona se distribuye igualmente en dos partes del cable (de acuerdo con lados diferentes bloquear). Por lo tanto, una persona se levanta aplicando una fuerza que es la mitad de su peso."
“Un bloque en movimiento es un bloque cuyo eje sube y baja junto con la carga (Fig. 179). La figura 180 muestra la palanca que le corresponde: O es el punto de apoyo de la palanca, AO - brazo de fuerza P y OB - brazo de fuerza F. Dado que el brazo OB es 2 veces más grande que el brazo OA, entonces la fuerza F es 2 veces menor que la fuerza P: F=P/2. De este modo, el bloque móvil da una ganancia defuerza 2 veces".	"5. ¿Por qué un bloque en movimiento da una victoria?en vigor¿dos veces? Cuando la carga se levanta uniformemente, el bloque móvil también se mueve uniformemente. Esto significa que la resultante de todas las fuerzas que se le aplican es cero. Si se puede despreciar la masa del bloque y la fricción en él, entonces podemos suponer que se aplican tres fuerzas al bloque: el peso de la carga P, dirigida hacia abajo, y dos fuerzas de tensión idénticas del cable F, dirigidas hacia arriba. . Como la resultante de estas fuerzas es cero, entonces P = 2F, es decir el peso de la carga es 2 veces la fuerza de tensión del cable. Pero la fuerza de tensión del cable es precisamente la fuerza que se aplica al levantar la carga con la ayuda de un bloque móvil. Así hemos demostrado que el bloque móvil da una ganancia en fuerza 2 veces".
“Por lo general, en la práctica se utiliza una combinación de un bloque fijo y uno móvil (Fig. 181). El bloque fijo se utiliza únicamente por conveniencia. No aumenta la fuerza, pero cambia la dirección de la fuerza, por ejemplo, permite levantar una carga estando de pie en el suelo. Figura 181. Una combinación de bloques móviles y fijos: un polipasto de cadena."	“12.La Figura 24.7 muestra el sistema bloques. ¿Cuántos bloques móviles tiene y cuántos fijos? ¿Qué ganancia de fuerza proporciona un sistema de bloques de este tipo si la fricción y ¿Se puede despreciar la masa de los bloques? . Fig.24.7. Respuesta en la página 240: "12. Tres bloques móviles y uno fijado; 8 veces."

Resumamos la revisión y comparación de textos e imágenes en los libros de texto:

La prueba de cómo obtener una ganancia de fuerza en el libro de texto de A. V. Peryshkin se realiza sobre la rueda del bloque y la fuerza que actúa es la fuerza de la palanca; Al levantar una carga, un bloque estacionario no proporciona una ganancia de fuerza, pero un bloque móvil proporciona una ganancia de fuerza doble. No se menciona un cable del que cuelga una carga sobre un bloque fijo y un bloque móvil con una carga.

Por otro lado, en el libro de texto de Gendenstein L.E., la prueba de la ganancia de fuerza se realiza sobre un cable del que cuelga una carga o un bloque móvil con carga y la fuerza actuante es la fuerza de tensión del cable; al levantar una carga, un bloque estacionario puede duplicar su fuerza, pero no se menciona en el texto la palanca en la rueda del bloque.

Una búsqueda de literatura que describiera la ganancia de fuerza usando un bloque y un cable condujo al “Libro de texto elemental de física”, editado por el académico G. S. Landsberg, en §84. Las máquinas simples en las páginas 168-175 describen: "bloque simple, bloque doble, compuerta, polea y bloque diferencial". En efecto, por su diseño, “un bloque doble da una ganancia de fuerza al levantar una carga, debido a la diferencia en la longitud de los radios de los bloques” con la ayuda de los cuales se levanta la carga, y “un bloque de polea da una ganancia de fuerza al levantar una carga, debido a la cuerda, de varias partes de la cual cuelga una carga”. Así, fue posible descubrir por qué el bloque y el cable (cuerda) dan un aumento de fuerza al levantar una carga, pero no fue posible descubrir cómo el bloque y el cable interactúan entre sí y transfieren el peso del carga entre sí, ya que la carga puede suspenderse de un cable y el cable se tira sobre el bloque o la carga puede colgar del bloque y el bloque cuelga del cable. Resultó que la fuerza de tensión del cable es constante y actúa a lo largo de toda la longitud del cable, por lo que la transferencia del peso de la carga por el cable al bloque será en cada punto de contacto entre el cable y el bloque. , así como la transferencia del peso de la carga suspendida del bloque al cable. Para aclarar la interacción del bloque con el cable, realizaremos experimentos para obtener una ganancia de fuerza con un bloque en movimiento al levantar una carga, utilizando el equipo de un aula de física de la escuela: dinamómetros, bloques de laboratorio y un juego de pesas de 1N. (102 gramos). Comencemos los experimentos con un bloque en movimiento, porque tenemos tres diferentes versiones obteniendo una ganancia de potencia con este bloque. La primera versión es “Fig.180. Un bloque en movimiento como palanca con brazos desiguales" - libro de texto de A. V. Peryshkin, el segundo "Fig. 24.5... dos fuerzas de tensión iguales del cable F" - según el libro de texto de L. E. Gendenstein y finalmente el tercero "Fig. 145 . Tirar del bloque". Levantar una carga con un clip móvil de una polea en varias partes de una cuerda, según el libro de texto de G. S. Landsberg.

Experiencia número 1. "Figura 183"

Para realizar el experimento No. 1, obteniendo un aumento de fuerza en el bloque móvil "con una palanca con hombros desiguales OAB Fig. 180" según el libro de texto de A. V. Peryshkin, en el bloque móvil "Fig. 183" posición 1, dibuje una palanca con hombros desiguales OAB, como en la "Fig. 180", y comience a levantar la carga desde la posición 1 a la posición 2. En el mismo instante, el bloque comienza a girar, en sentido antihorario, alrededor de su eje en el punto A, y el punto B , el extremo de la palanca detrás del cual se produce el levantamiento, sale más allá del semicírculo a lo largo del cual el cable rodea el bloque móvil desde abajo. Punto O: el punto de apoyo de la palanca, que debería estar estacionaria, desciende, ver "Fig. 183" - posición 2, es decir, una palanca con hombros desiguales OAB cambia como una palanca con hombros iguales (los puntos O y B pasan por el mismo caminos).

Con base en los datos obtenidos en el experimento No. 1 sobre cambios en la posición de la palanca OAB en el bloque móvil al levantar una carga de la posición 1 a la posición 2, podemos concluir que la representación del bloque móvil como una palanca con brazos desiguales en la “Fig.180”, al levantar una carga, con la rotación del bloque alrededor de su eje, corresponde a una palanca con brazos iguales, lo que no proporciona ganancia de fuerza al levantar la carga.

Comenzaremos el experimento No. 2 colocando dinamómetros en los extremos del cable, sobre los cuales colgaremos un bloque móvil con una carga que pesa 102 g, lo que corresponde a una fuerza de gravedad de 1 N. Fijaremos uno de los extremos de el cable sobre una suspensión, y utilizando el otro extremo del cable levantaremos la carga sobre el bloque móvil. Antes del ascenso, las lecturas de ambos dinamómetros eran de 0,5 N cada uno; al inicio del ascenso, las lecturas del dinamómetro en el que se produjo el ascenso cambiaron a 0,6 N, y se mantuvieron así durante el ascenso; al final del ascenso, las lecturas volvieron a 0,5 N. Las lecturas del dinamómetro, fijadas para una suspensión fija, no cambiaron durante el ascenso y permanecieron iguales a 0,5 N. Analicemos los resultados del experimento:

1. Antes de levantar, cuando una carga de 1 N (102 g) cuelga de un bloque móvil, el peso de la carga se distribuye sobre toda la rueda y se transfiere al cable, que rodea el bloque desde abajo, utilizando todo el semicírculo del rueda.
2. Antes del levantamiento, las lecturas de ambos dinamómetros son de 0,5 N, lo que indica la distribución del peso de una carga de 1 N (102 g) en dos partes del cable (antes y después del bloque) o que la fuerza de tensión del cable es 0,5 N y es el mismo a lo largo de toda la longitud del cable (el mismo al principio, el mismo al final del cable); ambas afirmaciones son verdaderas.

Comparemos el análisis del experimento número 2 con las versiones de los libros de texto sobre cómo obtener una ganancia de fuerza doble usando un bloque en movimiento. Comencemos con la afirmación del libro de texto de Gendenstein L.E. “... que se aplican tres fuerzas al bloque: el peso de la carga P, dirigido hacia abajo, y dos fuerzas de tensión idénticas del cable, dirigidas hacia arriba (figura 24.5) .” Sería más exacto decir que el peso de la carga en la “Fig. 14.5” se distribuyó en dos partes del cable, antes y después del bloque, ya que la fuerza de tensión del cable es una. Queda por analizar la firma bajo la "Fig. 181" del libro de texto de A. V. Peryshkin "Combinación de bloques móviles y fijos - bloque de poleas". En el Libro de texto elemental de física, ed., se proporciona una descripción del dispositivo y el aumento de fuerza al levantar una carga con una polea. Lansberg G.S. donde dice: “Cada trozo de cuerda entre los bloques actuará sobre una carga en movimiento con una fuerza T, y todos los trozos de cuerda actuarán con una fuerza nT, donde n es el número de secciones separadas de cuerda que conectan ambos partes del bloque”. Resulta que si aplicamos a la "Fig. 181" la ganancia de fuerza con una "cuerda que conecta ambas partes" de la polea del Libro de texto elemental de física de G. S. Landsberg, entonces la descripción de la ganancia de fuerza con un bloque en movimiento en la “Fig. 179” y, en consecuencia, la Fig. 180" sería un error.

Habiendo analizado cuatro libros de texto de física, podemos concluir que la descripción existente de cómo un mecanismo de bloque simple produce una ganancia de fuerza no se corresponde con el estado real de las cosas y, por lo tanto, requiere una nueva descripción del funcionamiento de un mecanismo de bloque simple.

Mecanismo de elevación sencillo Consta de un bloque y un cable (cuerda o cadena).

Los bloques de este mecanismo de elevación se dividen en:

por diseño en simple y complejo;

según el método de elevación de cargas en móviles y estacionarias.

Comencemos a familiarizarnos con el diseño de bloques con bloque simple, que es una rueda que gira alrededor de su eje, con una ranura alrededor de la circunferencia para un cable (cuerda, cadena) Fig. 1 y se puede considerar como una palanca de brazos iguales en la que los brazos de fuerzas son iguales al radio de la rueda: OA=OB=r. Un bloque de este tipo no proporciona un aumento de fuerza, pero le permite cambiar la dirección del movimiento del cable (cuerda, cadena).

doble bloque Consta de dos bloques de diferentes radios, rígidamente unidos y montados sobre un eje común en la Fig. 2. Los radios de los bloques r1 y r2 son diferentes y al levantar una carga actúan como una palanca con hombros desiguales, y la ganancia de fuerza será igual a la proporción longitudes de los radios de un bloque de mayor diámetro a un bloque de menor diámetro F = Р·r1/r2.

Puerta Consiste en un cilindro (tambor) y un mango adjunto, que actúa como un bloque. diametro largo, La ganancia de fuerza dada por el collar está determinada por la relación entre el radio del círculo R descrito por el mango y el radio del cilindro r en el que se enrolla la cuerda F = Р·r/R.

Pasemos al método de levantar una carga con bloques. Según la descripción del diseño, todos los bloques tienen un eje alrededor del cual giran. Si el eje del bloque es fijo y no sube ni baja al levantar cargas, entonces dicho bloque se llama bloque fijo cuadra simple, cuadra doble, portón.

Ud. bloque móvil el eje sube y baja junto con la carga (Fig. 10) y tiene como objetivo principal eliminar la flexión del cable en el lugar donde se suspende la carga.

Conozcamos el dispositivo y el método para levantar una carga, la segunda parte de un mecanismo de elevación simple es un cable, cuerda o cadena. El cable está hecho de alambres de acero, la cuerda está hecha de hilos o hebras y la cadena está formada por eslabones conectados entre sí.

Métodos para colgar una carga y ganar fuerza al levantar una carga con un cable:

En la Fig. 4, la carga se fija en un extremo del cable, y si levanta la carga por el otro extremo del cable, entonces para levantar esta carga necesitará una fuerza ligeramente mayor que el peso de la carga, ya que un simple bloque de ganancia de fuerza no da F = P.

En la Fig. 5, el trabajador levanta la carga mediante un cable que rodea un simple bloque desde arriba, en un extremo de la primera parte del cable hay un asiento en el que se sienta el trabajador, y en la segunda parte del cable el trabajador se levanta con una fuerza 2 veces menor que su peso, porque el peso del trabajador se distribuyó en dos partes del cable, la primera - desde el asiento hasta el bloque, y la segunda - desde el bloque hasta las manos del trabajador F = P/2.

En la Fig. 6, dos trabajadores levantan la carga usando dos cables y el peso de la carga se distribuirá equitativamente entre los cables y por lo tanto cada trabajador levantará la carga con una fuerza de la mitad del peso de la carga F = P/ 2.

En la Fig. 7, los trabajadores levantan una carga que cuelga de dos partes de un cable y el peso de la carga se distribuirá equitativamente entre las partes de este cable (como entre dos cables) y cada trabajador levantará la carga con una fuerza. igual a la mitad del peso de la carga F = P/2.

En la Fig. 8, el extremo del cable por el cual uno de los trabajadores levantaba la carga estaba asegurado a una suspensión estacionaria y el peso de la carga se distribuía en dos partes del cable, y cuando el trabajador levantaba el carga por el segundo extremo del cable, la fuerza con la que el trabajador levantaría la carga sería el doble del peso de la carga F = P/2 y el levantamiento de la carga será 2 veces más lento.

En la Fig. 9, la carga cuelga de 3 partes de un cable, un extremo del cual está fijo y la ganancia de fuerza al levantar la carga será igual a 3, ya que el peso de la carga se distribuirá en tres partes del cable F = P/3.

Para eliminar la curvatura y reducir la fuerza de fricción, se instala un bloque simple en el lugar donde se suspende la carga y la fuerza requerida para levantar la carga no ha cambiado, ya que un bloque simple no proporciona ganancia de fuerza (Fig.10). y Fig. 11), y el bloque en sí se llamará bloque móvil, ya que el eje de este bloque sube y baja junto con la carga.

En teoría, una carga se puede suspender en un número ilimitado de partes de un cable, pero en la práctica están limitadas a seis partes y dicho mecanismo de elevación se llama polipasto de cadena, que consta de un clip fijo y móvil con bloques simples, que se rodean alternativamente por un cable, un extremo fijado al clip fijo, y la carga se levanta con el otro extremo del cable. La ganancia de resistencia depende del número de partes del cable entre las jaulas fijas y móviles; como regla general, son 6 partes del cable y la ganancia de resistencia es 6 veces.

El artículo examina las interacciones reales entre los bloques y el cable al levantar una carga. La práctica existente al determinar que "un bloque fijo no proporciona una ganancia de fuerza, y un bloque móvil da una ganancia de fuerza 2 veces" interpretó erróneamente la interacción del cable y el bloque en el mecanismo de elevación y no reflejó la toda una variedad de diseños de bloques, lo que llevó al desarrollo de ideas unilaterales erróneas sobre los bloques. En comparación con los volúmenes existentes de material para estudiar un mecanismo de bloque simple, el volumen del artículo se ha duplicado, pero esto permitió explicar de manera clara e inteligible los procesos que ocurren en un mecanismo de elevación simple no solo a los estudiantes, sino también a los profesores.

Literatura:

1. Pyryshkin, A.V. Física, séptimo grado: libro de texto / A.V. Pyryshkin. - 3.ª ed., adicional - M.: Avutarda, 2014, - 224 p.,: ill. ISBN 978–5-358–14436–1. § 61. Aplicación de la regla de equilibrio de la palanca al bloque, págs. 181-183.
2. Gendenstein, L. E. Física. Séptimo grado. En 2 horas Parte 1. Libro de texto para instituciones educativas / L. E. Gendenshten, A. B. Kaidalov, V. B. Kozhevnikov; editado por V. A. Orlova, I. I. Roizen.- 2ª ed., revisada. - M.: Mnemosyne, 2010.-254 p.: enfermo. ISBN 978–5-346–01453–9. § 24. Mecanismos simples, págs. 188-196.
3. Libro de texto elemental de física, editado por el académico G. S. Landsberg Volumen 1. Mecánica. Calor. Física molecular - 10ª ed. - M.: Nauka, 1985. § 84. Máquinas simples, págs.
4. Gromov, S. V. Física: libro de texto. para 7mo grado educación general instituciones / S. V. Gromov, N. A. Rodina.- 3ª ed. - M.: Educación, 2001.-158 p.,: enfermo. ISBN-5–09–010349–6. §22. Bloquear, págs.55 -57.

Palabras clave: bloque, bloque doble, bloque fijo, bloque móvil, bloque de poleas..

Anotación: Los libros de texto de física para el séptimo grado, al estudiar un mecanismo de bloque simple, interpretan de diferentes maneras la ganancia de fuerza al levantar una carga usando este mecanismo, por ejemplo: en el libro de texto de A. V. Peryshkin, la ganancia de fuerza se logra usando la rueda de el bloque sobre el que actúan las fuerzas de la palanca, y en el libro de texto de Gendenstein L.E. la misma ganancia se obtiene con la ayuda de un cable, sobre el que actúa la fuerza de tensión del cable. Diferentes libros de texto, diferentes objetos y diferentes fuerzas: para ganar fuerza al levantar una carga. Por tanto, el objetivo de este artículo es buscar objetos y fuerzas con cuya ayuda se obtiene una ganancia de fuerza al levantar una carga con un simple mecanismo de bloqueo.

Estas dos lecciones fueron enseñadas según el libro de texto de S.V. Gromova, N.A. Física de la Patria 7mo grado. M. Educación 2000

La peculiaridad de las lecciones es que utilizan tecnología de encuestas programadas para clases con una población de menos de 15 personas. La tecnología consiste en ofrecer varias opciones para responder una pregunta. Gracias a esto, es posible repetir simultáneamente el material anterior, resaltar los puntos principales del tema tratado y monitorear la asimilación del material por parte de todos los alumnos de la clase. Como muestra la práctica, no se necesitan más de 17 minutos para encuestar a toda la clase. Para los profesores jóvenes, un punto importante será el rápido desarrollo de habilidades para determinar el nivel de adquisición de conocimientos por parte de los estudiantes. Pruebas posteriores y Trabajo independiente confirmar invariablemente las valoraciones recibidas por los estudiantes durante una encuesta programada.

Toda la entrevista se desarrolla de forma oral. Los niños muestran las respuestas en tarjetas o con los dedos, para lo cual es necesario que el número de respuestas no supere las cinco. Los resultados de la encuesta se muestran en la pizarra inmediatamente en forma de más, menos y ceros (existe la posibilidad de negarse a responder). Esta forma de encuesta le permite aliviar la tensión durante la encuesta, realizarla de manera imparcial, pública y al mismo tiempo preparar psicológicamente al estudiante para las pruebas.

Las encuestas programadas también tienen muchas desventajas. Para reducirlos a la nada es necesario alternarlo juiciosamente con otras formas de control del conocimiento.

Lección 1. Bloques.

Objetivo de la lección: enseñar a los niños a encontrar la ventaja de fuerza que proporciona el sistema de bloques.

Equipo: bloques, hilos, trípodes, dinamómetros.

Durante las clases:

1. Momento organizacional

II. Nuevo material:

El profesor hace una pregunta problemática:

El libro de Daniel Defoe "Robinson Crusoe" cuenta la historia de un hombre que se encuentra en una isla desierta y logra sobrevivir en duras condiciones. Cuenta que un día Robinson Crusoe decidió construir un barco para alejarse de la isla. Pero construyó el barco lejos del agua. Y el barco era muy pesado para levantarlo. Imaginemos cómo arrojaría un barco pesado (digamos, que pesa 1 tonelada) al agua (a una distancia de 1 km).

Las soluciones de los estudiantes se escriben brevemente en la pizarra.

Suelen sugerir cavar un canal y mover el barco con una palanca. Pero la propia obra cuenta que Robinson Crusoe empezó a cavar un canal, pero calculó que le llevaría toda su vida completarlo. Y la palanca, si la calculas, resultará tan gruesa que no tendrás fuerza suficiente para sostenerla en tus manos.

Sería bueno que alguien sugiriera hacer un cabrestante utilizando un polipasto de cadena, polipastos o un cabrestante. Deje que este estudiante le diga qué es este mecanismo y por qué es necesario.

Después de la historia, comienzan a estudiar material nuevo. Si ninguno de los alumnos ofrece una solución, el propio profesor la cuenta.

Hay dos tipos de bloques:

ver figura 54 (página 55)

Consulte la Figura 55 (página 55)

Un bloque estacionario no proporciona ganancia de fuerza. Sólo cambia la dirección de aplicación de la fuerza. Y el bloque móvil aumenta el doble de fuerza. Miremos más de cerca:

(Material de lectura §22 derivación de la fórmula F=P/2;)

Para combinar la acción de varios bloques, se utiliza un dispositivo llamado polea (del griego poli - "muchos" spao - "yo tiro").

Para levantar el bloque inferior es necesario tirar de dos cuerdas hacia arriba, es decir, se pierde 2 veces en distancia, por lo tanto, la ganancia de fuerza de esta polea es 2.

Para levantar el bloque inferior es necesario cortar 6 cuerdas, por lo tanto, la ganancia de fuerza de esta polea es 6

III. Consolidación de nuevo material.

Encuesta de formación:

1. ¿Cuántas cuerdas se cortan en la figura?

1. Uno,
2. cuatro,
3. Cinco,
4. Seis,
5. Otra respuesta.

2. El niño puede levantar 20 kg. Pero necesita levantar 100. ¿Cuántos bloques necesita para hacer un polipasto de cadena?

1. cuatro,
2. Cinco,
3. Ocho,
4. Diez,
5. Otra respuesta.

3. ¿Crees que es posible ganar un número impar de veces en poder usando bloques, por ejemplo 3 o 5 veces?

Respuesta: Sí, esto requiere que la cuerda conecte la carga al bloque superior tres veces. Una solución aproximada en la figura:

III.1. Solución al problema 71.

III.2. Solución del problema de Robinson Crusoe.

Para mover el barco bastaba con montar una polea o un cabrestante (mecanismo que estudiaremos en la siguiente lección).

Los admiradores húngaros de Daniel Defoe incluso llevaron a cabo un experimento de este tipo. una persona se movió forjado con una polea casera cortada en madera de 100 m.

III.3. Trabajo practico:

Primero, monte un bloque estacionario a partir de bloques e hilos, luego un bloque móvil y un bloque de polea simple. Mida la ganancia de fuerza en los tres casos con un dinamómetro.

IV. Parte final

Resumen de la lección, explicación de la tarea.

Tarea: §22; problema 72

Lección 2. Puerta. Cabrestante.

Objetivos de la lección: considere los mecanismos simples restantes: un cabrestante, una puerta y un plano inclinado; Familiarícese con formas de encontrar la ganancia en la fuerza proporcionada por un cabrestante y un plano inclinado.

Equipo: modelo de puerta, tornillo o tornillo grande, regla.

Durante las clases:

I. Momento organizacional

II. Encuesta programada sobre el material anterior:

1. ¿Qué bloque no gana fuerza?

1. Móvil,
2. Fijado,
3. No.

2. ¿Es posible ganar 3 veces más fuerza usando bloques?

3. ¿Cuántas cuerdas se cortan en la figura?

1. Uno,
2. cuatro,
3. Cinco,
4. Seis,
5. Otra respuesta.

4. El niño puede levantar 25 kg. Pero necesita levantar 100. ¿Cuántos bloques necesita para hacer un polipasto de cadena?

1. cuatro,
2. Cinco,
3. Ocho,
4. Diez,
5. Otra respuesta.

5. El carpintero, mientras reparaba los marcos, no pudo encontrar una cuerda fuerte. Encontró una cuerda que podía soportar 70 kg en caso de rotura. El propio carpintero pesaba 70 kg y la cesta en la que lo levantaban pesaba 30 kg. Luego tomó y montó el mecanismo que se muestra en la Figura 1. ¿Lo sujetará la cuerda?

6. Después del trabajo, el carpintero se preparó para almorzar y ató una cuerda al marco para liberar sus manos, como se muestra en la Figura 2. ¿Sostendrá la cuerda?

III. Nuevo material:

Anotar términos en un cuaderno.

La puerta consta de un cilindro y una manija adjunta (muestre el modelo de puerta). Se utiliza con mayor frecuencia para extraer agua de los pozos (Fig. 60 p. 57).

Un cabrestante es una combinación de un cabrestante con engranajes de diferentes diámetros. Este es un mecanismo más avanzado. Al usarlo, puedes lograr la mayor fuerza.

Palabra del maestro. La leyenda de Arquímedes.

Un día Arquímedes llegó a una ciudad donde el tirano local había oído hablar de los milagros realizados por el gran mecánico. Pidió a Arquímedes que demostrara algún milagro. "Está bien", dijo Arquímedes, "pero deja que los herreros me ayuden". Hizo un pedido, y dos días después, cuando el coche estuvo listo, ante el asombrado público, Arquímedes solo, sentado en la arena y girando perezosamente la manija, sacó del agua el barco, que apenas salía. por 300 personas. Ahora los historiadores creen que fue entonces cuando se utilizó por primera vez el cabrestante. El hecho es que cuando se utiliza un polipasto de cadena, las acciones de los bloques individuales se suman y para lograr un aumento de fuerza de 300 veces, se necesitan 150 bloques. Y cuando se utiliza un cabrestante, las acciones de los engranajes individuales se multiplican, es decir, cuando se conectan dos engranajes, uno de los cuales da una ganancia de fuerza de 5 veces y el otro de 5 veces, obtenemos una ganancia total de 25 veces. Y si vuelves a aplicar la misma transferencia, las ganancias totales llegarán a 125 veces. (Y no 15, como ocurre con la simple suma).

Así, para crear este cabrestante fue suficiente hacer un mecanismo similar al dispositivo (Fig. 61 p. 58). Con las dimensiones indicadas, la puerta superior da una ganancia de fuerza de 12 veces, el sistema de engranajes de 10 veces y la segunda puerta de 5 veces. El cabrestante aumenta la fuerza hasta 60 veces.

El plano inclinado es un mecanismo sencillo que muchos de vosotros conoceréis. Se utiliza para levantar objetos pesados, como barriles, dentro de un automóvil. No importa cuantas veces ganemos en fuerza al levantar, la misma cantidad de veces perdemos en distancia. Por ejemplo, podemos hacer rodar un barril que pesa 50 kg. Y necesitas levantar 300 kg a 1 metro de altura. ¿Qué longitud de tabla debo llevar?

Resolvamos el problema:

Dado que debemos ganar en fuerza 6 veces, la pérdida en distancia también debe ser al menos 6 veces. Esto significa que el tablero debe tener al menos 6 metros de largo.

Como ejemplos plano inclinado pueden servir como tuercas y tornillos, cuñas y una variedad de herramientas de corte y perforación (aguja, punzón, clavo, cincel, cincel, tijeras, cortadores de alambre, alicates, cuchillo, navaja, cincel, hacha, cuchilla, cepillo, ensambladora, selector, fresa, pala, azada, guadaña, hoz, horca, etc.), piezas de trabajo de máquinas para el cultivo de la tierra (arados, rastras, desbrozadoras, cultivadoras, topadoras, etc.)

Tomemos como ejemplo el "urogallo". Esta es la cuña ciega del martillo que sujeta el mango. Al separar las fibras de la madera, esta cuña, a modo de prensa, separa el mango en el agujero y lo fija de forma segura.

¿Pero qué pasa si no necesitamos el clavo para separar las fibras? Por ejemplo, es necesario clavar un clavo en un trozo delgado de madera. Si clavas un clavo normal allí, simplemente se romperá. Para hacer esto, los carpinteros quitan clavos especialmente desafilados y martillan los que están desafilados. Luego, el clavo simplemente aplasta las fibras de madera que tiene delante, pero no las separa como una cuña.

En la antigüedad, se utilizaban muchos mecanismos sencillos con fines militares. Se trata de balistas y catapultas (Figuras 62, 63). ¿Cómo crees que operan?

Debatimos las respuestas de los alumnos con toda la clase.

Arquímedes se hizo especialmente famoso por su gran cantidad de inventos. (Si hay tiempo libre, el profesor habla de los inventos de Arquímedes).

IV. Consolidando nuevo material

Trabajo practico:

1) Tome un tornillo o tornillo grande y use una regla milimétrica para medir la circunferencia de su cabeza. Para hacer esto, debe unir la cabeza del tornillo a las divisiones con una regla milimétrica y enrollarla a lo largo de las divisiones.

Circunferencia de la cabeza del tornillo yo= 2R = ….mm

2) Ahora tome un compás y una regla milimétrica y utilícelos para medir la distancia entre dos protuberancias adyacentes de la rosca del tornillo. Esta distancia se llama paso o carrera del tornillo.

Paso de tornillo h = … mm

3) Ahora divide la circunferencia de la cabeza por el paso del tornillo, y descubrirás cuántas veces ganamos fuerza al usar este tornillo.

V. Tarea adicional: Polipastos "estúpidos".

Intenta adivinar cuántas veces ganamos fuerza al usar los siguientes sistemas de bloques.

Para resolver el segundo y tercer problema, no basta con responder a la pregunta "¿Cuántas secciones de cuerda se acortarán si tiras "hasta el final"? Los problemas requieren un enfoque no estándar. Por ejemplo, resolvamos el segundo problema. Supongamos que una persona tira con una fuerza de 10 N. Esta fuerza está equilibrada por la tensión de la cuerda 2. Esto significa que en la segunda cuerda la fuerza de tracción es de 20 N. Pero está equilibrada por la tensión de la cuerda 3. Esto significa que en la tercera cuerda la fuerza de tracción es de 40 N. Y en la cuarta cuerda es de 80 N. Por tanto, la ganancia de fuerza es 8 veces.

Muy a menudo, se utilizan mecanismos simples para ganar poder. Es decir, utilizar menos fuerza para mover un peso mayor en comparación con él. Al mismo tiempo, el aumento de fuerza no se logra “gratis”. El precio a pagar por ello es una pérdida de distancia, es decir, es necesario realizar un movimiento mayor que sin utilizar un mecanismo sencillo. Sin embargo, cuando las fuerzas son limitadas, entonces es beneficioso “cambiar” la distancia por la fuerza.

Los bloques móviles y fijos son dos tipos de mecanismos simples. Además, son una palanca modificada, que también es un mecanismo sencillo.

Bloque fijo no gana fuerza, simplemente cambia la dirección de su aplicación. Imagina que necesitas levantar una carga pesada con una cuerda. Tendrás que levantarlo. Pero si usa un bloque estacionario, tendrá que tirar hacia abajo mientras la carga sube. En este caso te resultará más fácil, ya que la fuerza necesaria estará compuesta por la fuerza muscular y tu peso. Sin el uso de un bloque estacionario, se tendría que aplicar la misma fuerza, pero se lograría únicamente mediante la fuerza muscular.

El bloque fijo es una rueda con una ranura para una cuerda. La rueda es fija, puede girar alrededor de su eje, pero no puede moverse. Los extremos de la cuerda (cable) cuelgan, se une una carga a uno y se aplica una fuerza al otro. Si tiras el cable hacia abajo, la carga sube.

Como no se gana fuerza, no se pierde distancia. A medida que sube la carga, la cuerda debe descender la misma distancia.

Uso bloque móvil da la ganancia de fuerza dos veces (idealmente). Esto significa que si el peso de la carga es F, entonces para levantarla se debe aplicar una fuerza de F/2. El bloque móvil consta de la misma rueda con una ranura para el cable. Sin embargo, un extremo del cable está fijo aquí y la rueda se puede mover. La rueda se mueve con la carga.

El peso de la carga es una fuerza hacia abajo. Está equilibrado por dos fuerzas ascendentes. Uno se crea mediante un soporte al que se fija un cable y el otro tirando de un cable. La fuerza de tensión del cable es la misma en ambos lados, lo que significa que el peso de la carga se distribuye equitativamente entre ellos. Por tanto, cada fuerza es 2 veces menor que el peso de la carga.

En situaciones reales, el aumento de fuerza es menos de 2 veces, ya que la fuerza de elevación se "desperdicia" parcialmente en el peso de la cuerda y el bloque, así como en la fricción.

Un bloque en movimiento, si bien proporciona casi el doble de ganancia en fuerza, produce una doble pérdida de distancia. Para elevar la carga a una cierta altura h, las cuerdas a cada lado del bloque deben disminuir en esta altura, es decir, el total es 2h.

Generalmente se utilizan combinaciones de bloques fijos y móviles (patines). Te permiten ganar fuerza y ​​dirección. Cuantos más bloques móviles haya en el polipasto de cadena, mayor será la ganancia de fuerza.

ARTÍCULO: Física

CLASE: 7

TEMA DE LA LECCIÓN: Plano inclinado. " regla de oro mecánica".

Profesor de física

TIPO DE LECCIÓN: Conjunto.

EL OBJETIVO DE LA LECCIÓN: Actualice sus conocimientos sobre el tema "Mecanismos simples".

y aprende la posición general para todas las variedades de simples

mecanismos, lo que se llama la "regla de oro" de la mecánica.

OBJETIVOS DE LA LECCIÓN:

EDUCATIVO:

- profundizar el conocimiento sobre la condición de equilibrio de un cuerpo en rotación, sobre bloques móviles y estacionarios;

Demostrar que los mecanismos simples utilizados en el trabajo proporcionan un aumento de fuerza y, por otro lado, permiten cambiar la dirección del movimiento del cuerpo bajo la influencia de la fuerza;

Desarrollar habilidades prácticas en la selección de material razonado.

EDUCATIVO:

Cultivar la cultura intelectual para llevar a los estudiantes a comprender las reglas básicas de mecanismos simples;

Introducir las funciones del uso de palancas en la vida cotidiana, en la tecnología, en un taller escolar, en la naturaleza.

DESARROLLO DEL PENSAMIENTO:

Desarrollar la capacidad de generalizar datos conocidos basándose en resaltar lo principal;

Formar elementos de búsqueda creativa basados ​​en la técnica de la generalización.

EQUIPO: Instrumentos (palancas, juego de pesas, regla, bloques, plano inclinado, dinamómetro), mesa “Palancas en la vida silvestre”, computadoras, folletos (pruebas, tarjetas de tareas), libro de texto, pizarra, tiza.

DURANTE LAS CLASES.

ELEMENTOS ESTRUCTURALES DE UNA LECCIÓN ACTIVIDADES DEL PROFESOR Y LOS ALUMNOS

DECLARACIÓN DEL OBJETIVO DE LA LECCIÓN El profesor se dirige a la clase:

Cubriendo el mundo entero desde la tierra hasta el cielo,

Habiendo alarmado a más de una generación,

El progreso científico se está extendiendo por todo el planeta.

La naturaleza tiene cada vez menos secretos.

Cómo utilizar el conocimiento es asunto de la gente.

Hoy, muchachos, conozcamos la posición general de los mecanismos simples, que se llama "regla de oro" de la mecánica.

PREGUNTA PARA ESTUDIANTES (GRUPO DE LINGÜISTAS)

¿Por qué crees que la regla se llama "dorado"?

RESPUESTA: " regla de oro " - uno de los mandamientos morales más antiguos contenidos en refranes y refranes populares: "No hagas a los demás lo que no quieres que te hagan a ti", decían los antiguos sabios orientales.

GRUPO DE EXPERTOS RESPONDE: “"Dorado" es la base de todos los cimientos.

IDENTIFICACIÓN DEL CONOCIMIENTO. REALIZACIÓN DE LA PRUEBA DE TRABAJO Y POTENCIA

(en una computadora, prueba adjunta)

TAREAS Y PREGUNTAS DE FORMACIÓN.

1.¿Qué es una palanca?

2. ¿Qué se llama el hombro de la fuerza?

3. Regla de equilibrio de palanca.

4. Fórmula de la regla del equilibrio de palanca.

5. Encuentra el error en la imagen.

6. Utilizando la regla de equilibrio de la palanca, encuentre F2

d1=2cm d2=3cm

7. ¿Estará la palanca en equilibrio?

d1=4cm d2=3cm

Un grupo de lingüistas actúa. № 1, 3, 5.

Un grupo de trabajadores de precisión realizan № 2, 4, 6, 7.

TAREA EXPERIMENTAL PARA GRUPO DE ESTUDIANTES

1. Equilibra la palanca

2. Cuelga dos pesas en el lado izquierdo de la palanca a una distancia de 12 cm del eje de rotación.

3. Equilibre estos dos pesos:

a) una carga_ _ _ hombro_ _ _ cm.

b) dos pesas_ _ _ hombro_ _ _ cm.

c) tres pesos_ _ _hombro _ _ _ cm.

Un consultor trabaja con estudiantes.

En el mundo de las cosas interesantes.

"Palancas en la naturaleza"

(Habla la ganadora del premio de la Olimpiada de Biología Marina Minakova)

TRABAJAR EN Demostración de experimentos (consultor)

ESTUDIOS No. 1 Aplicación de la ley de equilibrio de una palanca a un bloque.

MATERIAL. a) Bloque fijo.

Actualizado previamente Los estudiantes deben explicar que un bloque fijo puede ser aprendió considerar como una palanca con brazos iguales y ganando en

conocimiento sobre simples no da fuerza

mecanismos. No. 2 Equilibrio de fuerzas sobre un bloque en movimiento.

A partir de experimentos, los estudiantes concluyen que el móvil
el bloque da una doble ganancia en fuerza y ​​la misma pérdida en
maneras.

ESTUDIANDO

NUEVO MATERIAL. Han pasado más de 2000 años desde la muerte de Arquímedes, pero también
hoy la memoria del pueblo conserva sus palabras: “Dadme un punto de apoyo, y
Yo levantaré el mundo entero para ti”. Así lo dijo el destacado griego antiguo.
científico: matemático, físico, inventor, que ha desarrollado una teoría
palanca y comprensión de sus capacidades.

Ante los ojos del gobernante de Siracusa, Arquímedes, aprovechando

complejo
utilizando un dispositivo hecho de palancas, bajó el barco sin ayuda de nadie. Lema
a todos los que encuentran algo nuevo se les sirve el famoso “¡Eureka!”

Uno de los mecanismos simples que da una ganancia de fuerza es
plano inclinado. Determinemos el trabajo realizado usando
plano inclinado.

DEMOSTRACIÓN DE EXPERIENCIA:

Trabajo de fuerzas en un plano inclinado.

Medimos la altura y la longitud del plano inclinado y

Comparamos su relación con la ganancia de potencia en

F avión.

L A) repite el experimento cambiando el ángulo del tablero.

Conclusión de la experiencia: plano inclinado da

h la ganancia de fuerza es tantas veces como su longitud

Más altura. =

2. La regla de oro de la mecánica también es válida para

palanca

Al girar la palanca cuantas veces

ganamos en fuerza, perdemos por la misma cantidad

en movimiento.

MEJORA Tareas de calidad.

Y APLICACIÓN No. 1. ¿Por qué los conductores evitan detener los trenes en

CONOCIMIENTO.¿creciente? (responde un grupo de lingüistas).

B

No. 2 El bloque en la posición B se desliza hacia abajo por una pendiente

plano, superando la fricción. ¿Será

deslizar el bloque en la posición A? (la respuesta está dada

exacto).

Respuesta: Lo será, porque el valorF la fricción del bloque sobre el plano no es
Depende del área de las superficies de contacto.

Tareas de cálculo.

No. 1. Encuentre la fuerza que actúa paralela a la longitud de un plano inclinado, cuya altura es de 1 m, longitud de 8 m, para sostener una carga que pesa 1,6 * 10³ N en el plano inclinado.

Dado: Solución:

h = 1m F= F=

Respuesta: 2000N

No. 2. Para sostener un trineo con un jinete que pesa 480 N sobre una montaña de hielo, se necesita una fuerza de 120 N. La pendiente del tobogán es constante en toda su longitud. ¿Cuál es la longitud de la montaña si su altura es de 4 m?

Dado: Solución:

h = 4m l =

Respuesta: 16m

No. 3. Un automóvil que pesa 3*104 N se mueve uniformemente sobre una elevación de 300 m de largo y 30 m de alto. Determine la fuerza de tracción del automóvil si la fuerza de fricción de las ruedas sobre el suelo es de 750 N. ¿Qué trabajo realiza el motor a lo largo de este camino?

Dado: Solución:

P = 3*104H Fuerza requerida para levantar
Ftr = 750H del coche sin tener en cuenta la fricción

l = 300m F= F=

h =30m La fuerza de tracción es igual a: Fempuje= F+Ftr=3750H

Fempuje-?, A-? Funcionamiento del motor: A= Fempuje*L

A=3750H*300m=1125*103J

Respuesta: 1125kJ

Resumiendo la lección, evaluación del trabajo de los estudiantes por parte de consultores utilizando un mapa de un enfoque intradiferenciado de los tipos de actividades de la lección.

TAREA § 72 rep. § 69.71. Con. 197USD 41 N° 5

Temas del codificador del Examen Unificado del Estado: mecanismos simples, eficiencia del mecanismo.

Mecanismo - este es un dispositivo para convertir la fuerza (aumentándola o disminuyéndola).
Mecanismos simples - una palanca y un plano inclinado.

Brazo de palanca.

Brazo de palanca Es un cuerpo rígido que puede girar alrededor de un eje fijo. En la Fig. 1) muestra una palanca con un eje de rotación. Las fuerzas y se aplican a los extremos de la palanca (puntos y ). Los hombros de estas fuerzas son iguales a y respectivamente.

La condición de equilibrio de la palanca viene dada por la regla de los momentos: , de donde

Arroz. 1. Palanca

De esta relación se deduce que la palanca da una ganancia de fuerza o distancia (según el fin para el que se utilice) tantas veces como el brazo mayor sea más largo que el menor.

Por ejemplo, para levantar una carga de 700 N con una fuerza de 100 N, es necesario tomar una palanca con una relación de brazo de 7:1 y colocar la carga en el brazo corto. Ganaremos 7 veces en fuerza, pero perderemos la misma cantidad de veces en distancia: el extremo del brazo largo describirá un arco 7 veces mayor que el extremo del brazo corto (es decir, la carga).

Ejemplos de palancas que proporcionan una ganancia de fuerza son una pala, tijeras y alicates. El remo del remero es la palanca que da la ganancia de distancia. Y las básculas de palanca ordinarias son palancas de brazos iguales que no proporcionan ninguna ganancia ni en distancia ni en fuerza (de lo contrario, pueden usarse para pesar a los clientes).

Bloque fijo.

Un tipo importante de palanca es bloquear - una rueda fijada en una jaula con una ranura por la que pasa una cuerda. En la mayoría de los problemas, se considera que una cuerda es un hilo ingrávido e inextensible.

En la Fig. La figura 2 muestra un bloque estacionario, es decir, un bloque con un eje de rotación estacionario (que pasa perpendicular al plano del dibujo por el punto ).

En el extremo derecho del hilo, se fija un peso a una punta. Recordemos que el peso corporal es la fuerza con la que el cuerpo presiona el soporte o estira la suspensión. En este caso, el peso se aplica al punto donde la carga está unida al hilo.

Se aplica una fuerza al extremo izquierdo del hilo en un punto.

El brazo de fuerza es igual a , donde es el radio del bloque. El brazo de peso es igual a . Esto significa que el bloque fijo es una palanca de brazos iguales y por lo tanto no proporciona ganancia ni en fuerza ni en distancia: en primer lugar, tenemos la igualdad, y en segundo lugar, en el proceso de mover la carga y el hilo, el movimiento del punto es igual al movimiento de la carga.

¿Por qué entonces necesitamos un bloque fijo? Es útil porque permite cambiar la dirección del esfuerzo. Normalmente se utiliza un bloque fijo como parte de mecanismos más complejos.

Bloque móvil.

En la Fig. 3 mostrados bloque móvil, cuyo eje se mueve junto con la carga. Tiramos del hilo con una fuerza que se aplica en un punto y se dirige hacia arriba. El bloque gira y al mismo tiempo también se mueve hacia arriba, levantando una carga suspendida de un hilo.

En un momento dado, el punto fijo es el punto, y es alrededor de él donde gira el bloque ( “rodaría” sobre el punto). También dicen que el eje instantáneo de rotación del bloque pasa por el punto (este eje se dirige perpendicular al plano del dibujo).

El peso de la carga se aplica en el punto donde la carga está unida al hilo. El apalancamiento de la fuerza es igual a .

Pero el hombro de la fuerza con la que tiramos del hilo resulta ser el doble: es igual a . En consecuencia, la condición para el equilibrio de la carga es la igualdad (que vemos en la Fig. 3: el vector es la mitad de largo que el vector).

En consecuencia, el bloque móvil proporciona una doble ganancia de fuerza. Al mismo tiempo, sin embargo, perdemos la misma distancia dos veces: para elevar la carga un metro, habrá que mover la punta dos metros (es decir, sacar dos metros de hilo).

El bloque de la Fig. 3 hay un inconveniente: tirar del hilo hacia arriba (más allá de la punta) no es lo más mejor idea. ¡Acepte que es mucho más conveniente tirar del hilo hacia abajo! Aquí es donde el bloque estacionario viene en nuestra ayuda.

En la Fig. La Figura 4 muestra un mecanismo de elevación, que es una combinación de un bloque móvil y uno fijo. A bloque móvil la carga se suspende y, además, el cable se pasa sobre un bloque fijo, lo que permite tirar del cable hacia abajo para levantar la carga. La fuerza externa sobre el cable está nuevamente simbolizada por el vector.

Básicamente, este dispositivo no se diferencia de un bloque en movimiento: con su ayuda también obtenemos una doble ganancia de fuerza.

Plano inclinado.

Como sabemos, es más fácil hacer rodar un barril pesado por pasillos inclinados que levantarlo verticalmente. Los puentes son así un mecanismo que proporciona ganancias de resistencia.

En mecánica, este mecanismo se llama plano inclinado. Plano inclinado - Se trata de una superficie plana y lisa ubicada en cierto ángulo con respecto al horizonte. En este caso dicen brevemente: “plano inclinado con un ángulo”.

Encontremos la fuerza que se debe aplicar a una carga masiva para levantarla uniformemente a lo largo de un plano inclinado suave con un ángulo . Esta fuerza, por supuesto, se dirige a lo largo del plano inclinado (Fig. 5).

Seleccionemos el eje como se muestra en la figura. Dado que la carga se mueve sin aceleración, las fuerzas que actúan sobre ella están equilibradas:

Proyectamos sobre el eje:

Esta es exactamente la fuerza que se debe aplicar para mover la carga hacia arriba en un plano inclinado.

Para levantar uniformemente la misma carga verticalmente, se requiere una fuerza igual a . Se puede observar que, desde . En realidad, un plano inclinado proporciona una ganancia de fuerza, y cuanto menor sea el ángulo, mayor será la ganancia.

Los tipos de plano inclinado más utilizados son cuña y tornillo.

La regla de oro de la mecánica.

Un mecanismo simple puede dar una ganancia en fuerza o distancia, pero no puede dar una ganancia en trabajo.

Por ejemplo, una palanca con una relación de apalancamiento de 2:1 proporciona una ganancia doble de fuerza. Para levantar un peso sobre el hombro más pequeño, es necesario aplicar fuerza en el hombro más grande. Pero para elevar la carga a una altura, habrá que bajar el brazo mayor y el trabajo realizado será igual a:

es decir, el mismo valor que sin utilizar la palanca.

En el caso de un plano inclinado ganamos en fuerza, ya que aplicamos a la carga una fuerza menor que la fuerza de gravedad. Sin embargo, para elevar la carga a una altura superior a la posición inicial, debemos avanzar a lo largo del plano inclinado. Al mismo tiempo trabajamos

es decir, lo mismo que cuando se levanta una carga verticalmente.

Estos hechos sirven como manifestaciones de la llamada regla de oro de la mecánica.

La regla de oro de la mecánica. Ninguno de los mecanismos simples proporciona ninguna mejora en el rendimiento. La cantidad de veces que ganamos en fuerza, la misma cantidad de veces que perdemos en distancia, y viceversa.

La regla de oro de la mecánica no es más que una versión simple de la ley de conservación de la energía.

Eficiencia del mecanismo.

En la práctica, debemos distinguir entre trabajo útil Aútil, lo cual debe lograrse utilizando un mecanismo en condiciones ideales ausencia de pérdidas, y trabajo de tiempo completo A lleno,
que se realiza con los mismos fines en una situación real.

El trabajo total es igual a la suma:
-trabajo útil;
-trabajo realizado contra fuerzas de fricción en varias partes mecanismo;
-trabajo realizado para mover los elementos que componen el mecanismo.

Entonces, al levantar una carga con una palanca, es necesario realizar un trabajo adicional para superar la fuerza de fricción en el eje de la palanca y mover la propia palanca, que tiene algo de peso.

El trabajo completo siempre es más útil. La relación entre el trabajo útil y el trabajo total se llama coeficiente. acción útil(eficiencia) del mecanismo:

=Aútil/ A lleno

La eficiencia generalmente se expresa como porcentaje. La eficiencia de los mecanismos reales es siempre inferior al 100%.

Calculemos la eficiencia de un plano inclinado con un ángulo en presencia de fricción. El coeficiente de fricción entre la superficie del plano inclinado y la carga es igual a .

Deje que la carga de masa aumente uniformemente a lo largo del plano inclinado bajo la acción de una fuerza de un punto a otro hasta una altura (Fig. 6). En la dirección opuesta al movimiento, la fuerza de fricción por deslizamiento actúa sobre la carga.

No hay aceleración, por lo que las fuerzas que actúan sobre la carga están equilibradas:

Proyectamos en el eje X:

. (1)

Proyectamos en el eje Y:

. (2)

Además,

, (3)

De (2) tenemos:

Luego de (3):

Sustituyendo esto en (1), obtenemos:

El trabajo total es igual al producto de la fuerza F por el camino recorrido por el cuerpo a lo largo de la superficie del plano inclinado:

A completo=.

El trabajo útil es obviamente igual a:

Aútil=.

Para la eficiencia requerida obtenemos: