Ein Hebel ist ein starrer Körper, der sich um einen festen Punkt drehen kann.

Ein fester Punkt wird als Drehpunkt bezeichnet.

Ein bekanntes Beispiel für einen Hebel ist eine Schaukel (Abb. 25.1).

Wann balancieren sich zwei Personen auf einer Wippe gegenseitig aus? Beginnen wir mit Beobachtungen. Sie haben sicherlich bemerkt, dass sich zwei Personen auf einer Schaukel gegenseitig ausbalancieren, wenn sie ungefähr das gleiche Gewicht haben und ungefähr den gleichen Abstand vom Drehpunkt haben (Abb. 25.1, a).

Reis. 25.1. Gleichgewichtsbedingung für eine Schaukel: a – Personen mit gleichem Gewicht balancieren einander, wenn sie in gleichem Abstand vom Drehpunkt sitzen; b – Menschen mit unterschiedlichem Gewicht balancieren sich gegenseitig aus, wenn der schwerere Mensch näher am Drehpunkt sitzt

Wenn diese beiden sehr unterschiedlich schwer sind, gleichen sie sich nur aus, wenn das schwerere viel näher am Drehpunkt sitzt (Abb. 25.1, b).

Gehen wir nun von den Beobachtungen zu den Experimenten über: Finden wir experimentell die Bedingungen für das Gleichgewicht des Hebels.

Lassen Sie uns Erfahrung sammeln

Die Erfahrung zeigt, dass gleich schwere Lasten den Hebel ausgleichen, wenn sie in gleichen Abständen vom Drehpunkt aufgehängt sind (Abb. 25.2, a).

Haben die Lasten unterschiedliche Gewichte, dann ist der Hebel im Gleichgewicht, wenn die schwerere Last um ein Vielfaches näher am Drehpunkt ist, als ihr Gewicht größer ist als das Gewicht der leichten Last (Abb. 25.2, b, c).

Reis. 25.2. Experimente zur Ermittlung des Gleichgewichtszustandes eines Hebels

Gleichgewichtszustand des Hebels. Der Abstand vom Drehpunkt zur Geraden, entlang der die Kraft wirkt, wird als Arm dieser Kraft bezeichnet. Bezeichnen wir mit F 1 und F 2 die Kräfte, die von der Seite der Lasten auf den Hebel wirken (siehe Diagramme auf der rechten Seite von Abb. 25.2). Bezeichnen wir die Schultern dieser Kräfte als l 1 bzw. l 2. Unsere Experimente haben gezeigt, dass der Hebel im Gleichgewicht ist, wenn die auf den Hebel ausgeübten Kräfte F 1 und F 2 dazu neigen, ihn in entgegengesetzte Richtungen zu drehen, und die Module der Kräfte umgekehrt proportional zu den Armen dieser Kräfte sind:

F 1 /F 2 = l 2 /l 1.

Dieser Zustand des Hebelgleichgewichts wurde im 3. Jahrhundert v. Chr. von Archimedes experimentell festgestellt. e.

Den Gleichgewichtszustand eines Hebels können Sie in der Laborarbeit Nr. 11 experimentell untersuchen.

Abschnitte: Physik

Unterrichtsart: Lektion im Erlernen neuer Materialien

Unterrichtsziele:

• Pädagogisch:
  • Kennenlernen der Nutzung einfacher Mechanismen in Natur und Technik;
  • Fähigkeiten zur Analyse von Informationsquellen entwickeln;
  • Stellen Sie experimentell die Regel des Hebelgleichgewichts fest.
  • die Fähigkeit der Schüler zu entwickeln, Experimente durchzuführen (Experimente) und daraus Schlussfolgerungen zu ziehen.
• Pädagogisch:
  • die Fähigkeiten entwickeln, auf der Grundlage des untersuchten Materials zu beobachten, zu analysieren, zu vergleichen, zu verallgemeinern, zu klassifizieren, Diagramme zu erstellen und Schlussfolgerungen zu formulieren;
  • kognitives Interesse, Unabhängigkeit des Denkens und Intelligenz entwickeln;
  • kompetente mündliche Rede entwickeln;
  • praktische Arbeitsfähigkeiten entwickeln.
• Pädagogisch:
  • moralische Erziehung: Liebe zur Natur, Sinn für kameradschaftliche gegenseitige Hilfe, Ethik der Gruppenarbeit;
  • Kulturförderung in der Organisation der Bildungsarbeit.

Grundkonzepte:

• Mechanismen
• Hebel
• Schulterkraft
• Block
• Tor
• schiefe Ebene
• Keil
• schrauben

Ausrüstung: Computer, Präsentation, Handouts (Arbeitskarten), Hebel auf einem Stativ, Satz Gewichte, Laborsatz zum Thema „Mechanik, einfache Mechanismen“.

FORTSCHRITT DER LEKTION

I. Organisationsphase

1. Begrüßung.
2. Feststellung der Abwesenheiten.
3. Überprüfung der Unterrichtsbereitschaft der Schüler.
4. Überprüfung der Vorbereitung des Klassenzimmers auf den Unterricht.
5. Organisation der Aufmerksamkeit .

II. Phase der Hausaufgabenkontrolle

1. Offenlegung, dass die gesamte Klasse ihre Hausaufgaben erledigt hat.
2. Visuelle Überprüfung der Aufgaben in der Arbeitsmappe.
3. Ermittlung der Gründe für das Scheitern einzelner Studierender bei der Bewältigung der Aufgabe.
4. Fragen zu Hausaufgaben.

III. Die Phase der Vorbereitung der Schüler auf die aktive und bewusste Aufnahme neuen Materials

„Ich könnte die Erde mit einem Hebel drehen, gib mir einfach einen Drehpunkt“

Archimedes

Errate die Rätsel:

1. Zwei Ringe, zwei Enden und ein Bolzen in der Mitte. ( Schere)

2. Zwei Schwestern schwankten – sie suchten nach der Wahrheit, und als sie sie erreichten, hörten sie auf. ( Waage)

3. Er verneigt sich, er verneigt sich – er wird nach Hause kommen – er wird sich ausstrecken. ( Axt)

4. Was ist das für ein Wunderriese?
Reicht seine Hand zu den Wolken
Funktioniert:
Hilft beim Hausbau. ( Kran)

– Schauen Sie sich die Antworten noch einmal genau an und benennen Sie sie in einem Wort. „Waffe, Maschine“ bedeutet aus dem Griechischen übersetzt „Mechanismen“.

Mechanismus– vom griechischen Wort „????v?“ – Waffe, Konstruktion.
Auto– vom lateinischen Wort „ Maschine" – Konstruktion.

– Es stellt sich heraus, dass ein gewöhnlicher Stock der einfachste Mechanismus ist. Wer weiß, wie es heißt?
– Lassen Sie uns gemeinsam das Thema der Lektion formulieren: ….
– Öffnen Sie Ihre Notizbücher und notieren Sie Datum und Thema der Lektion: „Einfache Mechanismen. Bedingungen für das Gleichgewicht eines Hebels.
– Welches Ziel sollen wir Ihnen heute im Unterricht setzen...

IV. Phase des Erwerbs neuen Wissens

„Ich könnte die Erde mit einem Hebel drehen, gib mir einfach einen Drehpunkt“ – diese Worte, die das Epigraph unserer Lektion bilden, wurden von Archimedes vor mehr als 2000 Jahren gesagt. Aber die Menschen erinnern sich noch immer an sie und geben sie von Mund zu Mund weiter. Warum? Hatte Archimedes Recht?

– Hebel wurden bereits in der Antike von Menschen benutzt.
– Wozu dienen sie Ihrer Meinung nach?
– Natürlich, um die Arbeit zu erleichtern.
– Der erste Mensch, der einen Hebel benutzte, war unser entfernter prähistorischer Vorfahre, der mit einem Stock schwere Steine ​​auf der Suche nach essbaren Wurzeln oder kleinen Tieren, die sich unter den Wurzeln versteckten, bewegte. Ja, ja, schließlich ist ein gewöhnlicher Stock, der einen Drehpunkt hat, um den er gedreht werden kann, ein echter Hebel.
Es gibt viele Beweise dafür, dass Bauherren in antiken Ländern – Babylon, Ägypten, Griechenland – häufig Hebel zum Heben und Transportieren von Statuen, Säulen und riesigen Steinen verwendeten. Damals kannten sie das Gesetz der Hebelwirkung noch nicht, aber sie wussten bereits genau, dass ein Hebel in geschickten Händen eine schwere Last in eine leichte verwandelt.
Hebel– ist ein integraler Bestandteil fast aller modernen Maschinen, Werkzeugmaschinen und Mechanismen. Ein Bagger gräbt einen Graben – sein eiserner „Arm“ mit einer Schaufel fungiert als Hebel. Der Fahrer ändert die Geschwindigkeit des Fahrzeugs mithilfe des Schalthebels. Der Apotheker hängt die Pulver auf eine sehr präzise Apothekenwaage; der Hauptteil dieser Waage ist der Hebel.
Auch beim Umgraben von Beeten im Garten wird die Schaufel in unseren Händen zum Hebel. Alle Arten von Kipphebeln, Griffen und Toren sind Hebel.

- Machen wir uns mit einfachen Mechanismen vertraut.

Die Klasse ist in sechs Experimentiergruppen unterteilt:

1. Studiert eine schiefe Ebene.
2. untersucht den Hebel.
Der Dritte studiert den Block.
Der Vierte studiert das Tor.
Der 5. studiert den Keil.
6. studiert die Schraube.

Die Arbeit wird gemäß der für jede Gruppe in der Arbeitskarte vorgeschlagenen Beschreibung durchgeführt. ( Anhang 1 )

Basierend auf den Antworten der Studierenden erstellen wir ein Diagramm. ( Anhang 2 )

– Welche Mechanismen haben Sie kennengelernt...
– Wozu dienen einfache Mechanismen? ...

Hebel- ein starrer Körper, der sich um einen festen Träger drehen kann. In der Praxis kann die Rolle eines Hebels ein Stock, ein Brett, ein Brecheisen usw. übernehmen.
Der Hebel hat einen Drehpunkt und eine Schulter. Schulter– Dies ist der kürzeste Abstand vom Drehpunkt zur Wirkungslinie der Kraft (d. h. die Senkrechte, die vom Drehpunkt zur Wirkungslinie der Kraft abgesenkt wird).
Typischerweise können die auf den Hebel ausgeübten Kräfte als Gewicht der Körper betrachtet werden. Wir nennen eine der Kräfte die Widerstandskraft, die andere die treibende Kraft.
Auf dem Bild ( Anhang 4 ) sieht man einen gleicharmigen Hebel, der dem Kräfteausgleich dient. Ein Beispiel für eine solche Hebelwirkung ist eine Waage. Was wird Ihrer Meinung nach passieren, wenn sich eine der Kräfte verdoppelt?
Das ist richtig, die Waage wird aus dem Gleichgewicht geraten (ich zeige es auf einer normalen Waage).
Glauben Sie, dass es eine Möglichkeit gibt, mehr Macht mit weniger Macht in Einklang zu bringen?

Leute, ich schlage euch im Kurs vor Mini-Experiment Leiten Sie die Gleichgewichtsbedingung für den Hebel her.

Experiment

Auf den Tischen liegen Laborhebel. Lassen Sie uns gemeinsam herausfinden, wann der Hebel im Gleichgewicht ist.
Hängen Sie dazu ein Gewicht im Abstand von 15 cm von der Achse an den Haken auf der rechten Seite.

• Balancieren Sie den Hebel mit einem Gewicht. Messen Sie Ihre linke Schulter.
• Balancieren Sie den Hebel, aber mit zwei Gewichten.
• Messen Sie Ihre linke Schulter.
• Balancieren Sie den Hebel, aber mit drei Gewichten.

Messen Sie Ihre linke Schulter.

• Balancieren Sie den Hebel, aber mit vier Gewichten.
• Messen Sie Ihre linke Schulter.

– Welche Schlussfolgerungen lassen sich ziehen: Wo mehr Kraft vorhanden ist, ist die Hebelwirkung geringer.

So oft die Kraft zugenommen hat, so oft hat die Schulter abgenommen,

- Lassen Sie uns formulieren

Hebelgleichgewichtsregel: => Ein Hebel befindet sich im Gleichgewicht, wenn die auf ihn einwirkenden Kräfte umgekehrt proportional zu den Armen dieser Kräfte sind.

– Versuchen Sie nun, diese Regel mathematisch zu schreiben, also die Formel:
F 1 l 1 = F 2 l 2 F 1 / F 2 = l 2 / l 1

Die Regel des Hebelgleichgewichts wurde von Archimedes aufgestellt. Aus dieser Regel folgt

dass eine kleinere Kraft verwendet werden kann, um mithilfe eines Hebels eine größere Kraft auszugleichen.

Entspannung:

• Schließen Sie Ihre Augen und bedecken Sie sie mit Ihren Handflächen. Stellen Sie sich ein weißes Blatt Papier vor und versuchen Sie, im Geiste Ihren Vor- und Nachnamen darauf zu schreiben. Setzen Sie am Ende des Eintrags einen Punkt. Vergessen Sie jetzt die Buchstaben und merken Sie sich nur den Punkt. Es sollte Ihnen so vorkommen, als würde es sich mit einer langsamen, sanften Schaukelbewegung von einer Seite zur anderen bewegen. Du hast dich entspannt... entferne deine Handflächen, öffne deine Augen, du und ich kehren voller Kraft und Energie in die reale Welt zurück. V. Phase der Konsolidierung neuen Wissens
• 1. Setzen Sie den Satz fort... Hebel ist...
• ein starrer Körper, der sich um eine feste Stütze drehen kann Der Hebel ist im Gleichgewicht, wenn...
• die auf ihn einwirkenden Kräfte sind umgekehrt proportional zu den Ausprägungen dieser Kräfte.
• Machtausübung ist...
• der kürzeste Abstand vom Drehpunkt zur Wirkungslinie der Kraft (d. h. die Senkrechte, die vom Drehpunkt zur Wirkungslinie der Kraft abfällt). Kraft wird gemessen in...
• Die Hebelwirkung wird gemessen in... Zu den einfachen Mechanismen gehören...

2. Füllen Sie die Tabelle aus (selbst):

Finden Sie einfache Mechanismen in Geräten

Gegenseitige Kontrolle

Übertragen Sie die Beurteilung nach gegenseitiger Kontrolle auf die Selbstbeurteilungskarte.

Hatte Archimedes Recht?

Archimedes war sich sicher, dass es keine so schwere Last gibt, die ein Mensch nicht heben kann – er muss nur einen Hebel benutzen.
Und doch hat Archimedes die menschlichen Fähigkeiten übertrieben. Wenn Archimedes gewusst hätte, wie gewaltig die Masse der Erde ist, hätte er wahrscheinlich auf den ihm in der Legende zugeschriebenen Ausruf verzichtet: „Gib mir einen Drehpunkt, und ich werde die Erde anheben!“ Um die Erde nur um 1 cm zu bewegen, müsste die Hand von Archimedes tatsächlich 10 18 km zurücklegen. Es stellt sich heraus, dass um die Erde um einen Millimeter zu bewegen, der lange Arm des Hebels um 100.000.000.000 Billionen größer sein muss als der kurze Arm. einmal! Das Ende dieses Arms würde 1.000.000 Billionen zurücklegen. Kilometer (ungefähr). Und es würde viele Millionen Jahre dauern, bis ein Mensch einen solchen Weg zurückgelegt hätte! Aber das ist das Thema einer anderen Lektion.

VI. Phase der Information der Schüler über Hausaufgaben, Anweisungen zu deren Erledigung

1. Zusammenfassend: Was wurde im Unterricht Neues gelernt, wie hat der Unterricht funktioniert, welche Schüler haben besonders fleißig gearbeitet (Noten).

2. Hausaufgaben

Jeder: § 55-56
Für Interessierte: Erstellen Sie ein Kreuzworträtsel zum Thema „Einfache Mechanismen bei mir zu Hause“
Individuell: Bereiten Sie Botschaften oder Präsentationen „Hebel in der Tierwelt“, „Die Kraft unserer Hände“ vor.

- Der Unterricht ist vorbei! Auf Wiedersehen, alles Gute für Sie!

Ein Hebel ist ein starrer Körper, der sich um einen festen Punkt drehen kann. Der Fixpunkt heißt Drehpunkt. Der Abstand vom Drehpunkt zur Wirkungslinie der Kraft wird genannt Schulter diese Kraft.

Gleichgewichtszustand des Hebels: Der Hebel befindet sich im Gleichgewicht, wenn die auf den Hebel wirkenden Kräfte F 1 Und F 2 neigen dazu, es in entgegengesetzte Richtungen zu drehen, und die Module der Kräfte sind umgekehrt proportional zu den Schultern dieser Kräfte: F 1 /F 2 = l 2 / l 1 Diese Regel wurde von Archimedes aufgestellt. Der Legende nach rief er aus: Gib mir Halt und ich werde die Erde anheben .

Für den Hebel ist es erfüllt „goldene Regel“ der Mechanik (wenn Reibung und Masse des Hebels vernachlässigt werden können).

Indem Sie etwas Kraft auf einen langen Hebel ausüben, können Sie mit dem anderen Ende des Hebels eine Last anheben, deren Gewicht diese Kraft bei weitem übersteigt. Das bedeutet, dass Sie durch den Einsatz von Hebelwirkung an Macht gewinnen können. Beim Einsatz von Hebelwirkung geht ein Machtgewinn zwangsläufig mit einem entsprechenden Verlust einher.

Moment der Macht. Regel der Momente

Das Produkt aus dem Kraftmodul und seiner Schulter heißt Moment der Kraft.M = Fl , wobei M das Kraftmoment, F die Kraft und l die Hebelwirkung der Kraft ist.

Regel der Momente: Ein Hebel befindet sich im Gleichgewicht, wenn die Summe der Kräftemomente, die dazu neigen, den Hebel in eine Richtung zu drehen, gleich der Summe der Kraftmomente ist, die dazu neigen, ihn in die entgegengesetzte Richtung zu drehen. Diese Regel gilt für jeden starren Körper, der sich um eine feste Achse drehen kann.

Das Kraftmoment charakterisiert die rotierende Wirkung der Kraft. Diese Aktion hängt sowohl von der Kraft als auch von ihrer Hebelwirkung ab. Deshalb versuchen sie beispielsweise beim Öffnen einer Tür, die Kraft möglichst weit von der Drehachse entfernt aufzubringen. Mit Hilfe einer kleinen Kraft entsteht ein bedeutender Moment und die Tür öffnet sich. Durch Druck in der Nähe der Scharniere ist das Öffnen wesentlich schwieriger. Aus dem gleichen Grund lässt sich eine Mutter leichter mit einem längeren Schraubenschlüssel lösen, eine Schraube lässt sich leichter mit einem Schraubendreher mit breiterem Griff entfernen usw.

Die SI-Einheit des Kraftmoments ist Newtonmeter (1 N*m). Dies ist das Moment einer Kraft von 1 N mit einer Schulter von 1 m.

Wissen Sie, was ein Block ist? Dabei handelt es sich um ein rundes Ding mit Haken, mit dem auf Baustellen Lasten in die Höhe gehoben werden.

Sieht es aus wie ein Hebel? Kaum. Der Block ist jedoch auch ein einfacher Mechanismus. Darüber hinaus können wir über die Anwendbarkeit sprechen Gesetz des Hebelgleichgewichts zum Block. Wie ist das möglich? Lass es uns herausfinden.

Anwendung des Gleichgewichtsgesetzes

Der Block ist ein Gerät, das aus einem Rad mit einer Nut besteht, durch die ein Kabel, Seil oder eine Kette geführt wird, sowie einem an der Radachse befestigten Clip mit Haken. Der Block kann fest oder beweglich sein. Ein fester Block hat eine feste Achse und bewegt sich beim Heben oder Senken einer Last nicht. Der stationäre Block hilft dabei, die Richtung der Kraft zu ändern. Indem wir ein Seil über einen solchen Block werfen, der oben aufgehängt ist, können wir die Last nach oben heben, während wir uns unten befinden. Die Verwendung eines festen Blocks bringt uns jedoch keinen Kraftgewinn. Wir können uns einen Block in Form eines Hebels vorstellen, der sich um eine feste Stütze dreht – die Achse des Blocks. Dann ist der Radius des Blocks gleich den auf beiden Seiten wirkenden Kräften – der Zugkraft unseres Seils mit einer Last auf der einen Seite und der Schwerkraft der Last auf der anderen Seite. Die Schultern bleiben gleich, es gibt also keinen Kraftzuwachs.

Anders verhält es sich bei einem beweglichen Block. Der bewegliche Block bewegt sich mit der Last mit, als ob diese auf einem Seil liegen würde. In diesem Fall befindet sich der Drehpunkt zu jedem Zeitpunkt am Kontaktpunkt des Blocks mit dem Seil auf einer Seite, der Aufprall der Last wird auf die Mitte des Blocks ausgeübt, wo er an der Achse befestigt wird , und die Zugkraft wird am Kontaktpunkt mit dem Seil auf der anderen Seite des Blocks ausgeübt. Das heißt, die Schulter des Körpergewichts ist der Radius des Blocks und die Schulter der Kraft unseres Stoßes ist der Durchmesser. Der Durchmesser ist bekanntlich doppelt so groß wie der Radius; dementsprechend unterscheiden sich die Arme um das Zweifache und der mit Hilfe eines beweglichen Blocks erzielte Kraftgewinn beträgt das Zweifache. In der Praxis wird eine Kombination aus einem festen und einem beweglichen Block verwendet. Ein oben angebrachter stationärer Block bringt keinen Kraftgewinn, hilft aber beim Heben der Last im Stehen unten. Und der bewegliche Block, der sich mit der Last bewegt, verdoppelt die aufgebrachte Kraft und hilft so, große Lasten in die Höhe zu heben.

Die goldene Regel der Mechanik

Es stellt sich die Frage: Bringen die eingesetzten Geräte Vorteile im Betrieb? Arbeit ist das Produkt aus der zurückgelegten Wegstrecke und der aufgewendeten Kraft. Stellen Sie sich einen Hebel vor, dessen Arme sich in der Armlänge um den Faktor zwei unterscheiden. Dieser Hebel wird uns einen doppelt so großen Kraftgewinn bescheren, allerdings wird eine doppelt so große Hebelwirkung eine doppelt so große Strecke zurücklegen. Das heißt, trotz des Kraftzuwachses wird die geleistete Arbeit dieselbe sein. Dies ist die Gleichheit der Arbeit bei der Verwendung einfacher Mechanismen: die Häufigkeit, mit der wir an Kraft gewinnen, die Häufigkeit, mit der wir an Distanz verlieren. Diese Regel wird als goldene Regel der Mechanik bezeichnet, und es gilt für absolut alle einfachen Mechanismen. Daher erleichtern einfache Mechanismen die Arbeit eines Menschen, reduzieren ihn jedoch nicht. Sie helfen einfach dabei, eine Art von Anstrengung in eine andere zu übersetzen, was in einer bestimmten Situation bequemer ist.