Физика › 7 класс › Работа и мощность. Энергия

Тема 48«Золотое правило» механики

★★★

Термины темы — найди их в тексте:выиграть в работебольший

Простые механизмы дают выигрыш в силе. А можно ли с их помощью выиграть в работе?

Рычаг

Рычаг уравновешен силами $F_1$ и $F_2$ . Повернём его: точка приложения малой силы $F_2$ проходит больший путь $s_2$ , чем точка большой силы $F_1$ .

Опыт показывает: пути обратно пропорциональны силам:

\frac{s_1}{s_2}=\frac{F_2}{F_1}

Отсюда $F_1s_1=F_2s_2$ , то есть работа, которую мы совершили, равна работе, которую рычаг совершил над грузом. Рычаг не даёт выигрыша в работе.

Наклонная плоскость

По наклонной плоскости груз поднимать легче, чем вертикально, но путь длиннее: $l>h$ . Выигрыш в силе есть, а выигрыша в работе — нет: $F\,l=P\,h$ .

Вкатывать бочку по наклонной плоскости легче, но путь длиннее Иллюстрация: light-fizika.ru

«Золотое правило» механики

Ни один простой механизм не даёт выигрыша в работе. Во сколько раз выигрываем в силе, во столько раз проигрываем в расстоянии.

Запомни

Подвижный блок: выиграли в силе в 2 раза — верёвку тянем на вдвое большую длину. Гидравлический пресс: сила на большом поршне в 50 раз больше — зато он поднимается в 50 раз меньше.

Образ для запоминания

«Золотое правило» — «бесплатных обедов не бывает»: механизм меняет «валюту» (силу на расстояние), но не «сумму» (работу).

⚗ Мини-опыт

Поднимите груз подвижным блоком на 1 м. Сравните силу и вытянутую верёвку, затем произведение силы на путь. Удалось ли выиграть в работе?

? Проверь себя

Ответь, не подглядывая в конспект: вспоминать — лучший способ запомнить.

1Даёт ли простой механизм выигрыш в работе?

Это «золотое правило» механики.

2Рычаг даёт выигрыш в силе в 4 раза. Что с расстоянием?

Во сколько раз выиграли в силе, во столько проиграли в расстоянии.

3Груз весом 600 Н подняли по наклонной плоскости длиной 3 м на высоту 1 м. Какую силу приложили (без трения)?

F=Ph/l=600\cdot1/3

✎ Задачи

А Уровень А по образцу: одна формула, один шаг

Сформулируйте «золотое правило» механики.
Ответ
Во сколько раз выигрываем в силе, во столько раз проигрываем в расстоянии; выигрыша в работе нет.
Как получилось?
Подвижным блоком подняли груз на 2 м. На какую длину вытянули верёвку?
Ответ
На 4 м.
Как получилось?
Малое плечо рычага 10 см, большое 50 см. Во сколько раз выигрываем в силе?
Ответ
В 5 раз.
Как получилось?
При подъёме груза рычагом конец длинного плеча опустился на 50 см, а груз поднялся на 10 см. Каков выигрыш в силе?
Ответ
В 5 раз.
Как получилось?
Почему в горы проложены извилистые дороги?
Ответ
Это наклонная плоскость: путь длиннее, зато подниматься легче.
Как получилось?

Б Уровень Б сам: несколько шагов, перевод единиц

Ящик массой 50 кг вкатывают по доске длиной 4 м на высоту 1 м. Трением пренебречь. Найдите силу и работу.
Ответ
$F=\dfrac{mgh}{l}=\dfrac{500\cdot1}{4}=125$ Н; $A=Fl=500$ Дж $=mgh$ .
Как получилось?
Рычагом подняли камень весом 1000 Н на 5 см, приложив силу 200 Н. На сколько опустился конец рычага?
Ответ
$s_2=s_1\dfrac{F_1}{F_2}=5\cdot\dfrac{1000}{200}=25$ см.
Как получилось?
Изобретатель утверждает, что его система рычагов поднимает груз 1000 Н на 1 м за счёт работы 500 Дж. Возможно ли это?
Ответ
Нет: нужно минимум $1000\cdot1=1000$ Дж — по «золотому правилу» выигрыша в работе нет.
Как получилось?

↻ Закрепи

Карточки терминов

Нажми на карточку — она перевернётся. «Знаю» — карточка вернётся на повторение позже (через сутки, неделю, месяц), «Повторить» — скоро снова.

«Золотое правило» механики

Выигрыш в силе — во столько же раз проигрыш в расстоянии.

Выигрыш в работе

Ни один простой механизм не даёт выигрыша в работе.

Экспресс-карта

Возьми лист и за 3 минуты нарисуй по памяти карту темы: в центре — тема, ветви — главные идеи, на ветвях — термины. Потом сравни.