«Золотое правило» механики

Конспект по физике для 7 класса «Золотое правило» механики. 

Конспекты по физике    Учебник физики    Тесты по физике


«Золотое правило» механики

Простые механизмы применяют при совершении работы в тех случаях, когда надо действием одной силы уравновесить другую силу. Используя их. мы получаем выигрыш в силе или пути, но можно ли получить при атом выигрыш в работе?

РЫЧАГ И РАБОТА

Опыты показывают, что, поднимая тяжёлый груз с помощью рычага, за одно и то же время точка приложения меньшей силы F2 проходит больший путь s2, чем точка приложения большей силы F1 (путь s1).

Многократные опыты и тщательные измерения показывают, что всегда пути, пройденные точками приложения сил на рычаге, обратно пропорциональны силам:

s1 / s2 = F1 / F2   (1)

Предположим, что силы, приложенные к рычагу, равны соответственно F1 = 100 Н, F2 = 20 Н. Пусть при этом путь, пройденный точкой приложения силы F1, равен s1 = 20 см. Тогда, учитывая формулу (1), путь, пройденный точкой приложения силы F2, будет равен s2 = 1 м.

Определим работу, совершённую каждой силой:
А1 = F1 s1 = 100 H • 0,2 м = 20 Дж,
A2 = F2 s2 = 20 Н • 1 м = 20 Дж.

Таким образом, работы, совершаемые силами, приложенными к рычагу, равны друг другу, т.е. рычаг не даёт выигрыша в работе: F1 s1 = F2 s2.

Пользуясь рычагом, мы можем выиграть или в силе, или в пути. Если мы силу приложим к длинному плечу, то выиграем в силе, но во столько же раз проиграем в пути. Действуя же силой на короткое плечо рычага, мы выиграем в пути, но во столько же раз проиграем в силе.

НАКЛОННАЯ ПЛОСКОСТЬ И РАБОТА

Наклонная плоскость также не даёт выигрыша в работе. Как мы уже знаем, в случае наклонной плоскости получают выигрыш в силе. Однако при этом груз, перемещаемый по наклонной плоскости, проходит большее расстояние.

Расчеты показывают, что если умножить модуль силы, затрачиваемой на подъём груза, на пройденное расстояние, то эти произведения будут равны для случаев, когда груз поднимают по наклонной плоскости и по вертикали.

ПОДВИЖНЫЙ БЛОК И РАБОТА

Сравним работы, совершаемые с помощью подвижного блока. Как показывает опыт, чтобы поднять груз на высоту h, нужно конец верёвки, за который мы тянем, перемостить па высоту 2h. Итак, получая выигрыш в силе в 2 раза, проигрывают в 2 раза в пути, следовательно, и подвижный блок не даёт выигрыша в работе.

А что же в случае системы блоков? Оказывается, что, чем больше блоков мы используем, тем большую длину верёвки необходимо вытянуть, чтобы поднять груз на нужную высоту. Например, чтобы поднять груз па один метр вверх с помощью системы из четырёх блоков, придётся вытянуть 4 м верёвки.

ЗОЛОТОЕ ПРАВИЛО МЕХАНИКИ

Итак, ни один из механизмов не даёт выигрыша в работе. Применяют же различные механизмы для того, чтобы выиграть в силе или пути.

Уже древним учёным было известно правило, применяемое ко всем механизмам, — «золотое правило» механики: «Во сколько раз выигрываем в силе, во столько раз проигрываем в расстоянии». Это правило можно считать одной из формулировок закона сохранения энергии.

Поскольку невозможно получить выигрыша в работе, значит, невозможно получить и «выигрыша в энергии» при помощи любых простых механизмов.

Так как выигрыш в силе, даваемый наклонной плоскостью, равен l/h, значит, сила, при помощи которой груз весом Р поднимается вдоль наклонной плоскости, будет равна h/l • Р. Следовательно, работа по перемещению груза вдоль наклонной плоскости длиной l равна A1 = h/lР • l = Рh.

Если груз поднимать вертикально на ту же высоту h, работа будет равна А2 = Ph. Получаем A1 = А2.

«Золотое правило» механики является приближённым законом, так как оно не учитывает большое количество факторов, свойственных окружающему нас миру: наличие силы трения, наличие силы сопротивления воздуха, наличие веса у отдельных частей механизмов и т. д.

Многие историки науки считают, что это правило было известно ещё Аристотелю. Без сомнения, это правило было знакомо людям, имеющим дело с простыми механизмами, очень давно. В трудах древнегреческого учёного Герона Александрийского, жившего в I в. н. э., встречается «золотое правило» механики в виде утверждения: «Что выигрывается в силе, то теряется в скорости».


Вы смотрели Конспект по физике для 7 класса «Золотое правило» механики: .
Вернуться к Списку конспектов по физике (В оглавление).

Пройти онлайн-тест «»

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *