ใช้ประโยชน์จากเทคโนโลยี ชีวิตประจำวัน และธรรมชาติ
LEVER - กลไกที่ง่ายที่สุดที่ช่วยให้แรงที่น้อยกว่าสมดุลกับแรงที่ใหญ่กว่า คือร่างกายที่แข็งเกร็งหมุนรอบสิ่งรองรับที่ตายตัว เทคนิคคันโยกใช้ธรรมชาติ
คันโยกใช้เพื่อให้ได้แรงที่แขนสั้นมากขึ้นโดยใช้แรงที่แขนยาวน้อยลง (หรือเพื่อให้ได้การเคลื่อนไหวที่มากขึ้นบนแขนยาวโดยที่แขนสั้นเคลื่อนไหวน้อยลง) ในทางทฤษฎีแล้ว การทำให้แขนคันโยกยาวเพียงพอ แรงใดๆ ก็สามารถพัฒนาได้
ในหลาย ๆ กรณีใน ชีวิตประจำวันเราใช้กลไกง่ายๆ เช่น:
เครื่องมือต่างๆ เช่น จอบหรือไม้พายถูกนำมาใช้เพื่อลดแรงที่บุคคลต้องออกแรง สตีลยาร์ดซึ่งทำให้สามารถเปลี่ยนเลเวอเรจของกำลังได้ ซึ่งทำให้การใช้ตาชั่งสะดวกยิ่งขึ้น ตัวอย่างของคันโยกแบบผสมที่ใช้ในชีวิตประจำวันสามารถพบได้ในกรรไกรตัดเล็บ เครน เครื่องยนต์ คีม กรรไกร และกลไกและเครื่องมืออื่นๆ อีกหลายพันชิ้นใช้คันโยกในการออกแบบ
คันโยกก็เป็นเรื่องธรรมดาในชีวิตประจำวัน การเปิดก๊อกน้ำที่ขันแน่นจะยากกว่ามากหากไม่มีด้ามจับขนาด 3-5 ซม. ซึ่งเป็นคันโยกขนาดเล็ก แต่มีประสิทธิภาพมาก เช่นเดียวกับประแจที่คุณใช้คลายหรือขันสลักเกลียวหรือน็อตให้แน่น ยิ่งประแจยาวเท่าไร คุณก็จะคลายเกลียวน็อตนี้ได้ง่ายขึ้นเท่านั้น หรือในทางกลับกัน คุณก็จะขันให้แน่นมากขึ้นเท่านั้น เมื่อทำงานกับสลักเกลียวและน็อตที่มีขนาดใหญ่และหนักเป็นพิเศษ เช่น เมื่อซ่อมกลไกต่างๆ รถยนต์ เครื่องมือกล ให้ใช้ประแจที่มีด้ามจับยาวไม่เกิน 1 เมตร
อีกตัวอย่างที่โดดเด่นของคันโยกในชีวิตประจำวันคือประตูที่ธรรมดาที่สุด ลองเปิดประตูโดยดันเข้าไปใกล้บานพับ ประตูจะยอมเข้าแรงมาก แต่ยิ่งจุดออกแรงอยู่ห่างจากบานพับประตูมากเท่าไร คุณก็จะเปิดประตูได้ง่ายขึ้นเท่านั้น
การกระโดดค้ำถ่อก็มากเช่นกัน ตัวอย่างที่ชัดเจน- ใช้คันโยกยาวประมาณ 3 เมตร (ความยาวของเสากระโดดสูงประมาณ 5 เมตร ดังนั้น แขนยาวของคันโยกเริ่มต้นที่ส่วนโค้งของเสาในขณะที่กระโดดจะอยู่ที่ประมาณ 3 เมตร) และ การใช้กำลังที่ถูกต้องนักกีฬาจะทะยานขึ้นไปได้สูงถึงหกเมตร
ตัวอย่าง ได้แก่ กรรไกร คัตเตอร์ตัดลวด และกรรไกรตัดโลหะ คันโยก ประเภทต่างๆมีอยู่ในหลายเครื่อง: ที่จับ จักรเย็บผ้า, แป้นเหยียบจักรยานหรือเบรกมือ, คีย์เปียโนล้วนเป็นตัวอย่างของคันโยก มาตราส่วนก็เป็นตัวอย่างของคันโยกเช่นกัน
ตั้งแต่สมัยโบราณ กลไกง่ายๆ มักถูกนำมาใช้ร่วมกัน ในการผสมผสานที่หลากหลาย
กลไกที่รวมกันประกอบด้วยกลไกที่เรียบง่ายสองกลไกขึ้นไป ไม่จำเป็นต้องเป็นอุปกรณ์ที่ซับซ้อน กลไกที่ค่อนข้างง่ายหลายอย่างสามารถนำมารวมกันได้
ตัวอย่างเช่นในเครื่องบดเนื้อจะมีประตู (ที่จับ) สกรู (ดันเนื้อ) และลิ่ม (มีดตัด) ลูกศร นาฬิกาข้อมือหมุนด้วยระบบล้อเฟืองที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางต่างกันที่ประกบกัน หนึ่งในกลไกการรวมกันที่เรียบง่ายที่มีชื่อเสียงที่สุดคือแจ็ค แม่แรงประกอบด้วยสกรูและประตู
ในโครงกระดูกของสัตว์และมนุษย์ กระดูกทั้งหมดที่มีอิสระในการเคลื่อนไหวจะเป็นคันโยก ตัวอย่างเช่นในมนุษย์ - กระดูกของแขนและขา, กรามล่าง, กะโหลกศีรษะ, นิ้ว ในแมว คันโยกถือเป็นกรงเล็บที่ขยับได้ ในปลาหลายชนิดจะมีหนามอยู่ที่ครีบหลัง ในสัตว์ขาปล้อง - ส่วนใหญ่ของโครงกระดูกภายนอก ในหอยสองฝา, วาล์วเปลือก กลไกคันโยกโครงร่างได้รับการออกแบบมาเพื่อเพิ่มความเร็วในขณะที่สูญเสียกำลังเป็นหลัก ความเร็วที่เพิ่มขึ้นอย่างมากโดยเฉพาะอย่างยิ่งนั้นมาจากแมลง
น่าสนใจ กลไกคันโยกสามารถพบได้ในดอกไม้บางชนิด (เช่น เกสรตัวผู้ของเสจ) และในผลไม้ที่เหี่ยวเฉาบางชนิดด้วย
ตัวอย่างเช่นโครงกระดูกและระบบกล้ามเนื้อและกระดูกของบุคคลหรือสัตว์ใด ๆ ประกอบด้วยคันโยกนับสิบและหลายร้อย มาดูข้อต่อข้อศอกกันบ้าง รัศมีและกระดูกต้นแขนเชื่อมต่อกันด้วยกระดูกอ่อน และกล้ามเนื้อลูกหนูและไขว้ก็ติดอยู่ด้วย ดังนั้นเราจึงได้กลไกคันโยกที่ง่ายที่สุด
ถ้าคุณถือดัมเบลหนัก 3 กก. อยู่ในมือ กล้ามเนื้อของคุณจะพัฒนาได้ขนาดไหน? จุดเชื่อมต่อของกระดูกและกล้ามเนื้อถูกแบ่งด้วยกระดูกในอัตราส่วน 1 ต่อ 8 ดังนั้นกล้ามเนื้อจึงมีแรงถึง 24 กิโลกรัม! ปรากฎว่าเราแข็งแกร่งกว่าตัวเราเอง แต่ระบบคันโยกของโครงกระดูกของเราไม่อนุญาตให้เราใช้กำลังได้เต็มที่
ตัวอย่างที่ชัดเจนของการประยุกต์ใช้ข้อดีของการงัดในระบบกล้ามเนื้อและกระดูกของร่างกายที่ประสบความสำเร็จมากขึ้นคือการงอเข่าหลังในสัตว์หลายชนิด (แมวทุกประเภท ม้า ฯลฯ )
กระดูกของพวกเขายาวกว่าของเรา และโครงสร้างพิเศษของขาหลังช่วยให้พวกเขาใช้พลังของกล้ามเนื้อได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้น ใช่ ไม่ต้องสงสัยเลยว่ากล้ามเนื้อของพวกเขาแข็งแกร่งกว่าของเรามาก แต่น้ำหนักของพวกเขานั้นใหญ่กว่ามาก
ม้าโดยเฉลี่ยมีน้ำหนักประมาณ 450 กิโลกรัม และสามารถกระโดดได้สูงประมาณ 2 เมตรได้อย่างง่ายดาย คุณและฉันเพื่อที่จะทำการกระโดดได้ จำเป็นต้องเป็นผู้เชี่ยวชาญด้านการกระโดดสูง แม้ว่าเราจะมีน้ำหนักน้อยกว่าม้าถึง 8-9 เท่าก็ตาม
เนื่องจากเราจำเรื่องการกระโดดสูงได้ ลองพิจารณาตัวเลือกในการใช้คันโยกที่มนุษย์ประดิษฐ์ขึ้น ตู้นิรภัยสูง เป็นตัวอย่างที่ชัดเจนมาก
ด้วยความช่วยเหลือของคันโยกยาวประมาณสามเมตร (ความยาวของเสาสำหรับการกระโดดสูงคือประมาณห้าเมตรดังนั้นแขนยาวของคันโยกเริ่มต้นที่ส่วนโค้งของเสาในขณะที่กระโดดจะอยู่ที่ประมาณสาม เมตร) และการใช้กำลังที่ถูกต้อง นักกีฬาจะทะยานขึ้นสู่ความสูงจนเวียนหัวได้ถึงหกเมตร
คันโยกในชีวิตประจำวัน
คันโยกก็เป็นเรื่องธรรมดาในชีวิตประจำวัน การเปิดก๊อกน้ำที่ขันแน่นจะยากกว่ามากหากไม่มีด้ามจับขนาด 3-5 ซม. ซึ่งเป็นคันโยกขนาดเล็ก แต่มีประสิทธิภาพมาก
เช่นเดียวกับประแจที่คุณใช้คลายหรือขันสลักเกลียวหรือน็อตให้แน่น ยิ่งประแจยาวเท่าไร คุณก็จะคลายเกลียวน็อตนี้ได้ง่ายขึ้นเท่านั้น หรือในทางกลับกัน คุณก็จะขันให้แน่นมากขึ้นเท่านั้น
เมื่อทำงานกับสลักเกลียวและน็อตที่มีขนาดใหญ่และหนักเป็นพิเศษ เช่น เมื่อซ่อมกลไกต่างๆ รถยนต์ เครื่องมือกล ให้ใช้ประแจที่มีด้ามจับยาวไม่เกิน 1 เมตร
อีกตัวอย่างที่โดดเด่นของคันโยกในชีวิตประจำวันคือประตูที่ธรรมดาที่สุด ลองเปิดประตูโดยดันเข้าไปใกล้บานพับ ประตูจะยอมเข้าแรงมาก แต่ยิ่งจุดออกแรงอยู่ห่างจากบานพับประตูมากเท่าไร คุณก็จะเปิดประตูได้ง่ายขึ้นเท่านั้น
กรรไกร.
นี่คือตัวอย่างหนึ่งของกลไกกรรไกรแบบง่ายซึ่งมีแกนหมุนผ่านสกรูที่เชื่อมต่อกรรไกรทั้งสองซีก การใช้บล็อกในสถานที่ก่อสร้างเพื่อยกน้ำหนัก
กว้านหรือคันโยกใช้ในการยกน้ำจากบ่อ ลิ่มที่ดันเข้าไปในท่อนไม้จะดันมันออกจากกันด้วยแรงที่มากกว่าการใช้ค้อนทุบเข้ากับลิ่ม
คันโยก (ใช้ใน เครื่องทอผ้า, เครื่องยนต์ไอน้ำและในเครื่องยนต์สันดาปภายใน) สกรู (ใช้ในรูปของสว่าน) คันโยก (ใช้ในรูปของเครื่องดึงตะปู) ลูกสูบ (เปลี่ยนความดันของก๊าซ ไอน้ำ หรือของเหลวให้เป็นงานเครื่องกล)
มนุษย์เริ่มใช้คันโยกในสมัยก่อนประวัติศาสตร์โดยเข้าใจหลักการของมันอย่างสังหรณ์ใจ เครื่องมือต่างๆ เช่น จอบหรือไม้พายถูกนำมาใช้เพื่อลดแรงที่บุคคลต้องออกแรง ในสหัสวรรษที่ห้าก่อนคริสต์ศักราช มีการใช้ตาชั่งในเมโสโปเตเมีย โดยใช้หลักการยกระดับเพื่อให้เกิดความสมดุล ต่อมาในกรีซมีการประดิษฐ์ลานเหล็กซึ่งทำให้สามารถเปลี่ยนไหล่ของการใช้กำลังได้ซึ่งทำให้การใช้ตาชั่งสะดวกยิ่งขึ้น ประมาณ 1,500 ปีก่อนคริสตกาล จ. ในอียิปต์และอินเดีย Shaduf ปรากฏขึ้น ซึ่งเป็นต้นกำเนิดของก๊อกน้ำสมัยใหม่ ซึ่งเป็นอุปกรณ์สำหรับยกภาชนะด้วยน้ำ
ไม่มีใครรู้ว่านักคิดในสมัยนั้นพยายามอธิบายหลักการทำงานของคันโยกหรือไม่ คำอธิบายที่เป็นลายลักษณ์อักษรครั้งแรกมีให้ในศตวรรษที่ 3 ก่อนคริสต์ศักราช จ. อาร์คิมีดีส เชื่อมโยงแนวคิดเรื่องแรง ภาระ และไหล่ทาง กฎสมดุลที่เขากำหนดไว้ยังคงใช้อยู่จนทุกวันนี้ ฟังดูเหมือน: “แรงคูณด้วยแขนส่งแรงจะเท่ากับภาระคูณด้วยแขนส่งแรง โดยที่แขนส่งแรงคือระยะห่างจากจุดส่งแรง ของแรงไปยังส่วนรองรับ และแขนรับน้ำหนัก - นี่คือระยะห่างจากจุดที่รับน้ำหนักไปยังส่วนรองรับ” ตามตำนาน เมื่อตระหนักถึงความสำคัญของการค้นพบของเขา อาร์คิมิดีสจึงอุทานว่า: "ขอศูนย์กลางให้ฉันหน่อย แล้วฉันจะพลิกโลก!"
ใน โลกสมัยใหม่หลักการคันโยกใช้ทุกที่ กลไกเกือบทุกอย่างที่เปลี่ยนการเคลื่อนไหวทางกลนั้นใช้คันโยกในรูปแบบใดรูปแบบหนึ่ง เครน เครื่องยนต์ คีม กรรไกร และกลไกและเครื่องมืออื่นๆ อีกหลายพันชิ้นใช้คันโยกในการออกแบบ
หลักการทำงานของคันโยกเป็นผลโดยตรงจากกฎการอนุรักษ์พลังงาน หากต้องการเลื่อนคันบังคับออกไป แรงที่กระทำจากโหลดจะต้องทำงานเท่ากับ:
.หากมองจากอีกด้านหนึ่ง แรงที่กระทำกับอีกด้านหนึ่งจะต้องได้ผล
,โดยที่การกระจัดของปลายคันโยกที่ใช้แรงนั้นอยู่ที่ไหน เพื่อให้กฎการอนุรักษ์พลังงานเป็นไปตามระบบปิด งานของฝ่ายรักษาการและฝ่ายต่อต้านจะต้องเท่าเทียมกัน นั่นคือ:
, .ตามคำจำกัดความของความคล้ายคลึงกันของรูปสามเหลี่ยมอัตราส่วนของการเคลื่อนไหวของปลายทั้งสองของคันโยกจะเท่ากับอัตราส่วนของไหล่:
, เพราะฉะนั้น .เมื่อพิจารณาว่าผลคูณของแรงและระยะทางเป็นโมเมนต์ของแรง เราสามารถกำหนดหลักการของสมดุลสำหรับคันโยกได้ คันโยกอยู่ในสมดุลหากผลรวมของโมเมนต์ของแรง (โดยคำนึงถึงเครื่องหมาย) ที่ใช้กับมันมีค่าเท่ากับศูนย์
สำหรับคันโยก เช่นเดียวกับกลไกอื่นๆ จะมีการแนะนำคุณลักษณะที่แสดงผลทางกลที่สามารถรับได้เนื่องจากคันโยก ลักษณะดังกล่าวคืออัตราทดเกียร์ซึ่งแสดงให้เห็นว่าโหลดและแรงที่ใช้เกี่ยวข้องกันอย่างไร:
.คันโยกแบบผสมคือระบบที่ประกอบด้วยคันโยกธรรมดาตั้งแต่ 2 คันขึ้นไปที่เชื่อมต่อกันในลักษณะที่แรงเอาท์พุตของคันโยกอันหนึ่งเป็นแรงอินพุตสำหรับคันถัดไป ตัวอย่างเช่น สำหรับระบบของคันโยกสองตัวที่เชื่อมต่อแบบอนุกรม ถ้าแรงถูกนำไปใช้กับแขนอินพุตของคันโยกตัวแรก แรงเอาท์พุตจะอยู่ที่ปลายอีกด้านของคันโยกนี้ และจะเชื่อมต่อกันโดยใช้อัตราทดเกียร์:
.ในกรณีนี้ แขนอินพุตของคันที่สองจะได้รับผลกระทบจากแรงเดียวกัน และแรงเอาท์พุตของคันที่สองและระบบทั้งหมดจะเป็น อัตราทดเกียร์ของสเตจที่สองจะเท่ากับ:
.ในกรณีนี้ ผลกระทบทางกลของทั้งระบบ ซึ่งก็คือคันโยกคอมโพสิตทั้งหมด จะถูกคำนวณเป็นอัตราส่วนของแรงอินพุตและเอาต์พุตสำหรับทั้งระบบ นั่นคือ:
.ดังนั้นอัตราทดเกียร์ของคันโยกคอมโพสิตที่ประกอบด้วยสองอันธรรมดาจะเท่ากับผลิตภัณฑ์ อัตราทดเกียร์คันโยกธรรมดารวมอยู่ในนั้น
แนวทางการแก้ปัญหาเดียวกันนี้สามารถนำไปใช้ได้มากขึ้น ระบบที่ซับซ้อนโดยทั่วไปประกอบด้วยคันโยก n อัน ในกรณีนี้จะมี 2n arm อยู่ในระบบ อัตราทดเกียร์สำหรับระบบดังกล่าวจะคำนวณโดยสูตร:
,ดังที่เห็นได้จากสูตรสำหรับกรณีนี้ อัตราทดเกียร์ของคันเกียร์คอมโพสิตจะเท่ากับผลคูณของอัตราทดเกียร์ขององค์ประกอบที่เป็นส่วนประกอบ
แยกแยะ คันโยกชนิดที่ 1ซึ่งจุดศูนย์กลางอยู่ระหว่างจุดที่ใช้แรง และ คันโยกชนิดที่ 2ซึ่งจุดที่ใช้กำลังจะอยู่ที่ด้านหนึ่งของส่วนรองรับ ท่ามกลาง คันโยก 2 แบบจัดสรร คันโยก 3 แบบโดยมีจุดที่ใช้แรง "เข้ามา" ใกล้กับจุดศูนย์กลางมากกว่าโหลด ซึ่งให้ความเร็วและระยะทางเพิ่มขึ้น
ตัวอย่าง: คันโยก อันดับแรกชนิด - ชิงช้าเด็ก (คาน), กรรไกร; คันโยก ที่สองประเภทของรถสาลี่ (ศูนย์กลาง - ล้อ) ยกวัตถุด้วยชะแลงในการเคลื่อนที่ขึ้น; คันโยก ที่สามประเภท - ประตูหลังหรือฝากระโปรงรถบนสปริงแก๊สยกตัวรถดัมพ์ (มีกระบอกไฮดรอลิกอยู่ตรงกลาง) ขยับกล้ามเนื้อแขนและขาของมนุษย์และสัตว์
| คันโยกในวิกิพจนานุกรม | |
| หมวดหมู่:คันโยกบนวิกิมีเดียคอมมอนส์ |
มูลนิธิวิกิมีเดีย
2010.:ดูว่า "Lever" ในพจนานุกรมอื่นคืออะไร: ลิเวอร์ ลีเวอร์ ผู้ชาย 1. ไม้เรียวที่สามารถหมุนรอบจุดหมุนได้ และทำหน้าที่ปรับสมดุลแรงที่ใหญ่กว่ากับแรงที่เล็กกว่า (ทางกายภาพ เทคนิค) แขนคันโยก. ยกด้วยคันโยก คันโยกเป็นเครื่องจักรที่ง่ายที่สุดในการยกน้ำหนัก - อุปกรณ์ใน......พจนานุกรม
อูชาโควา สามี. (จากคำราม? มือ?) rochag ทางใต้, ตะวันตก เสาหกอันสำหรับยกน้ำหนักที่จุดผลัก ลุกขึ้น คันโยกถูกรับน้ำหนัก วางพิงกับบางสิ่งที่ใกล้กับปลายด้านเดียวกัน จากนั้นจึงดันไปด้านหลังอีกด้าน หรือจะดึงให้ลึกลงไปจนสุดปลายดิน ... ...
พจนานุกรมอธิบายของดาห์ล ดูเหตุผล...
พจนานุกรมคำพ้องความหมาย LEVER เครื่องจักรธรรมดาที่ใช้เพื่อเพิ่มแรงที่ใช้กับวัตถุ มักใช้สำหรับการยกของหนัก คันโยกประกอบด้วยแกนและส่วนรองรับ (ดูจุดรองรับ) ซึ่งแกนหมุนอยู่รอบๆ เช่น ณ สถานที่แห่งหนึ่ง... ...
พจนานุกรมสารานุกรมวิทยาศาสตร์และเทคนิคคันโยก - กลไกที่ง่ายที่สุดที่ทำหน้าที่ปรับสมดุลแรง Px ที่มากขึ้นกับ P2 ที่เล็กกว่า คือวัตถุที่แข็งเกร็งหมุนรอบแกนใดแกนหนึ่ง (ตัวรองรับคงที่) ถ้าส่วนรองรับอยู่ระหว่างจุดออกแรงกับแรงขนานกัน... ...
สารานุกรมโพลีเทคนิคขนาดใหญ่ กลไกที่ง่ายที่สุดที่ช่วยให้แรงที่เล็กลงสมดุลกับแรงที่ใหญ่กว่า หมายถึงทีวี ร่างกายหมุนรอบส่วนรองรับคงที่ แรงหลักใน R (ทุกรูปแบบ) แสดงออกมาด้วยความเสมอภาค Ph1=Qh2 (.fig.) โดยที่ P และ Q คือแรงที่กระทำ, h1 และ h2... ...
สารานุกรมกายภาพ ลีเวอร์ อ่า สามี 1. อุปกรณ์ที่มีจุดหมุนและทำหน้าที่รักษาสมดุลของแรงที่ใหญ่กว่ากับแรงที่เล็กกว่า รวมทั้งทำบางสิ่งบางอย่างให้สำเร็จด้วย งาน. ยกด้วยคันโยก แขนคันโยก. คันควบคุม 2. การโอน ยาที่สามารถปลุกเร้าได้......
พจนานุกรมอธิบายของ Ozhegov - (ภาคเหนือ) 1. ทะเลระหว่างลอยน้ำแข็ง. 2. น้ำแข็งลอยน้ำที่แยกออกจากฮัมมอค พจนานุกรม Samoilov K.I. Marine ม.ล.: สำนักพิมพ์กองทัพเรือแห่งรัฐ NKVMFสหภาพโซเวียต
พจนานุกรมสารานุกรมวิทยาศาสตร์และเทคนิค- LEVER หนึ่งในสิ่งที่เรียกว่า เครื่องจักรธรรมดาซึ่งเป็นตัวแทนของแท่งแข็งซึ่งสามารถส่งแรงไปยังจุดสามจุดที่อยู่ตามแนวแกนของมันได้ หากจะสะดวกให้พิจารณาแรงหนึ่งในสามแรงดังกล่าวเป็นปฏิกิริยารูพรุนที่เกิดขึ้นตามกฎหมาย... ... สารานุกรมการแพทย์ที่ยิ่งใหญ่
คันโยก- แขนคันโยก - [A.S. Goldberg. พจนานุกรมพลังงานภาษาอังกฤษเป็นภาษารัสเซีย 2549] หัวข้อ ภาคพลังงาน โดยทั่วไป คำพ้องความหมาย คันโยก แขน EN คันโยก ... คู่มือนักแปลทางเทคนิค
โรงเรียนน. ตัดสินที่สาม
รายงาน
ระเบียบวินัย: "ฟิสิกส์"
ในหัวข้อ: ""
สมบูรณ์:
นักเรียน_7__ ชั้นเรียน
โทโลคอนนิคอฟ วลาดิเมียร์
ตรวจสอบโดย: Oleynikov Nikolay
วิคโตโรวิช
__________________________
ใช้ประโยชน์จากธรรมชาติ ชีวิตประจำวัน และเทคโนโลยี
คันโยกเป็นหนึ่งในกลไกประเภทหนึ่งที่ใช้กันทั่วไปและเรียบง่ายที่สุดในโลก มีทั้งในธรรมชาติและในโลกที่มนุษย์สร้างขึ้น
ร่างกายมนุษย์เป็นเหมือนคันโยก
ตัวอย่างเช่นโครงกระดูกและระบบกล้ามเนื้อและกระดูกของบุคคลหรือสัตว์ใด ๆ ประกอบด้วยคันโยกนับสิบและหลายร้อย มาดูข้อต่อข้อศอกกันบ้าง รัศมีและกระดูกต้นแขนเชื่อมต่อกันด้วยกระดูกอ่อน และกล้ามเนื้อลูกหนูและไขว้ก็ติดอยู่ด้วย ดังนั้นเราจึงได้กลไกคันโยกที่ง่ายที่สุด
ถ้าคุณถือดัมเบลหนัก 3 กก. อยู่ในมือ กล้ามเนื้อของคุณจะพัฒนาได้ขนาดไหน? จุดเชื่อมต่อของกระดูกและกล้ามเนื้อถูกแบ่งด้วยกระดูกในอัตราส่วน 1 ต่อ 8 ดังนั้นกล้ามเนื้อจึงมีแรงถึง 24 กิโลกรัม! ปรากฎว่าเราแข็งแกร่งกว่าตัวเราเอง แต่ระบบคันโยกของโครงกระดูกของเราไม่อนุญาตให้เราใช้กำลังได้เต็มที่
ตัวอย่างที่ชัดเจนของการประยุกต์ใช้ข้อดีของการงัดในระบบกล้ามเนื้อและกระดูกของร่างกายที่ประสบความสำเร็จมากขึ้นคือการงอเข่าหลังในสัตว์หลายชนิด (แมวทุกประเภท ม้า ฯลฯ )
กระดูกของพวกเขายาวกว่าของเรา และโครงสร้างพิเศษของขาหลังช่วยให้พวกเขาใช้พลังของกล้ามเนื้อได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้น ใช่ ไม่ต้องสงสัยเลยว่ากล้ามเนื้อของพวกเขาแข็งแกร่งกว่าของเรามาก แต่น้ำหนักของพวกเขานั้นใหญ่กว่ามาก
ม้าโดยเฉลี่ยมีน้ำหนักประมาณ 450 กิโลกรัม และสามารถกระโดดได้สูงประมาณ 2 เมตรได้อย่างง่ายดาย คุณและฉันเพื่อที่จะทำการกระโดดได้ จำเป็นต้องเป็นผู้เชี่ยวชาญด้านการกระโดดสูง แม้ว่าเราจะมีน้ำหนักน้อยกว่าม้าถึง 8-9 เท่าก็ตาม
เนื่องจากเราจำเรื่องการกระโดดสูงได้ ลองพิจารณาตัวเลือกในการใช้คันโยกที่มนุษย์ประดิษฐ์ขึ้น ตู้นิรภัยสูงเป็นตัวอย่างที่ชัดเจนมาก
ใช้คันโยกยาวประมาณ 3 เมตร (เสาสำหรับกระโดดสูงยาวประมาณ 5 เมตร ดังนั้น แขนยาวของคันโยกเริ่มต้นที่ส่วนโค้งของเสาในขณะที่กระโดดจะอยู่ที่ประมาณ 3 เมตร) และถูกต้อง นักกีฬาทะยานขึ้นสู่ความสูงเวียนหัวถึงหกเมตรโดยใช้กำลัง
คันโยกในชีวิตประจำวัน
คันโยกก็เป็นเรื่องธรรมดาในชีวิตประจำวัน การเปิดก๊อกน้ำที่ขันแน่นจะยากกว่ามากหากไม่มีด้ามจับขนาด 3-5 ซม. ซึ่งเป็นคันโยกขนาดเล็ก แต่มีประสิทธิภาพมาก
เช่นเดียวกับประแจที่คุณใช้คลายหรือขันสลักเกลียวหรือน็อตให้แน่น ยิ่งประแจยาวเท่าไร คุณก็จะคลายเกลียวน็อตนี้ได้ง่ายขึ้นเท่านั้น หรือในทางกลับกัน คุณก็จะขันให้แน่นมากขึ้นเท่านั้น
เมื่อทำงานกับสลักเกลียวและน็อตที่มีขนาดใหญ่และหนักเป็นพิเศษ เช่น เมื่อซ่อมกลไกต่างๆ รถยนต์ เครื่องมือกล ให้ใช้ประแจที่มีด้ามจับยาวไม่เกิน 1 เมตร
อีกตัวอย่างที่โดดเด่นของคันโยกในชีวิตประจำวันคือประตูที่ธรรมดาที่สุด ลองเปิดประตูโดยดันเข้าไปใกล้บานพับ ประตูจะยอมเข้าแรงมาก แต่ยิ่งจุดออกแรงอยู่ห่างจากบานพับประตูมากเท่าไร คุณก็จะเปิดประตูได้ง่ายขึ้นเท่านั้น
คันโยกในเทคโนโลยี
โดยธรรมชาติแล้ว คันโยกก็มีเทคโนโลยีอยู่ทั่วไปเช่นกันตัวอย่างที่ชัดเจนที่สุดคันเกียร์ในรถยนต์ แขนสั้นของคันโยกเป็นส่วนที่คุณเห็นในห้องโดยสาร
แขนยาวของคันโยกซ่อนอยู่ใต้ท้องรถ และยาวกว่าแขนยาวประมาณสองเท่า เมื่อคุณเลื่อนคันโยกจากตำแหน่งหนึ่งไปอีกตำแหน่งหนึ่ง แขนยาวในกระปุกเกียร์จะเปลี่ยนกลไกที่เกี่ยวข้อง
คุณยังมองเห็นได้ชัดเจนว่าความยาวของแขนคันโยก ระยะชัก และแรงที่ต้องใช้ในการเลื่อนมีความสัมพันธ์กันอย่างไร
ตัวอย่างเช่น ในรถสปอร์ต หากต้องการเปลี่ยนเกียร์เร็วขึ้น คันโยกมักจะติดตั้งสั้น และระยะการเคลื่อนที่ก็สั้นเช่นกัน
อย่างไรก็ตาม ในกรณีนี้ คนขับจำเป็นต้องใช้ความพยายามมากขึ้นในการเปลี่ยนเกียร์ ในทางตรงกันข้ามในยานพาหนะหนักซึ่งกลไกนั้นหนักกว่า คันโยกจะยาวขึ้นและระยะการเดินทางก็ยาวกว่าในรถยนต์นั่งส่วนบุคคลด้วย
ดังนั้นเราจึงมั่นใจได้ว่ากลไกคันโยกแพร่หลายมากทั้งในธรรมชาติและในชีวิตประจำวันของเราและในกลไกต่างๆ
กลับไปข้างหน้า
ความสนใจ! การแสดงตัวอย่างสไลด์มีวัตถุประสงค์เพื่อให้ข้อมูลเท่านั้น และอาจไม่ได้แสดงถึงคุณลักษณะทั้งหมดของการนำเสนอ หากคุณสนใจ งานนี้กรุณาดาวน์โหลดเวอร์ชันเต็ม
วัตถุประสงค์ของบทเรียน:ศึกษากลไกที่ง่ายที่สุดและธรรมดาที่สุด - คันโยก
วัตถุประสงค์ของบทเรียน:
อุปกรณ์:คอมพิวเตอร์, โปรเจ็กเตอร์, การนำเสนอด้วย PowerPoint, คันโยกไม้บรรทัด, ชุดตุ้มน้ำหนัก, กรรไกร, ตาชั่งแบบคันโยก, บล็อกเครื่องเขียน, การ์ดงาน
ความก้าวหน้าของบทเรียน
I. การอัพเดตความรู้อ้างอิง
การทำซ้ำเนื้อหาที่เรียนรู้ ขอให้นักเรียนทำแบบทดสอบในหัวข้อ: “งานเครื่องกล พลัง".
ครั้งที่สอง การเรียนรู้เนื้อหาใหม่
การสาธิต: กรรไกร เครื่องชั่งแบบคันโยก บล็อกตายตัว ไม้บรรทัดแบบคันโยก
ความรู้เบื้องต้นเกี่ยวกับการศึกษาหัวข้อใหม่ นักเรียนจะถูกถามคำถามที่เป็นปัญหา: อะไรรวมอุปกรณ์และอุปกรณ์เหล่านี้เข้าด้วยกัน (รับฟังความคิดเห็นของนักเรียน).ลองหาคำตอบกันดู
1. กลไกง่ายๆ (สไลด์ 1)
ความสามารถทางกายภาพของมนุษย์นั้นมีจำกัด ดังนั้นตั้งแต่สมัยโบราณเขาจึงใช้อุปกรณ์ที่สามารถเปลี่ยนความแข็งแกร่งของบุคคลให้เป็นความแข็งแกร่งที่มากขึ้นได้ อุปกรณ์ดังกล่าว - กลไกง่าย ๆ - ถูกใช้เมื่อ 3,000 ปีก่อนระหว่างการก่อสร้างปิรามิดในอียิปต์โบราณ (สไลด์ 2)
เขียนหัวข้อของบทเรียน
กลไกง่ายๆ คืออุปกรณ์ที่ใช้ในการแปลงแรง
ประเภทของกลไกง่ายๆ:คันโยก (บล็อก, ประตู); ระนาบเอียง (ลิ่ม, สกรู)
วัตถุประสงค์– รับความแข็งแกร่งเพิ่มขึ้น (สไลด์ 3)
– วันนี้เราจะมาทำความรู้จักกับกลไกง่ายๆ ประเภทหนึ่งนั่นคือคันโยก
เป้าหมาย: ค้นหาว่าคันโยกคืออะไร โครงสร้างและวัตถุประสงค์คืออะไร (สไลด์ 4)
จากประสบการณ์ชีวิตเรารู้ว่าการยกของหนักเป็นเรื่องยากสำหรับคนคนหนึ่ง แรงที่เขาใช้บางครั้งไม่เพียงพอที่จะเอาชนะแรงโน้มถ่วงของวัตถุได้ อุปกรณ์ง่ายๆ เช่น ชะแลงหรือคันโยก สามารถช่วยได้
การสาธิตการใช้ประโยชน์
คันโยก – แข็งซึ่งสามารถหมุนรอบแนวรองรับคงที่ได้
มาดูโครงสร้างของคันโยกกัน มาอธิบายเป็นภาพกราฟิกและแสดงรายการส่วนหลัก (สไลด์ 5):
เกี่ยวกับ– จุดศูนย์กลาง.
ฟ 1 เอฟ 2– แรงที่กระทำต่อคันโยก
ล. 1– แขนแห่งแรง F 1
ลิตร 2– แขนแห่งแรง F 2 .
มีอยู่ คันโยกสองประเภท: คันโยกแบบที่ 1, คันโยกแบบที่ 2 (สไลด์ 6)
ให้นักเรียนดูภาพวาดของคันโยกและถามคำถามที่เป็นปัญหา: คันโยกประเภทนี้แตกต่างกันอย่างไร?
สำหรับคันโยกประเภทที่ 1 จุดรองรับคงที่จะอยู่ระหว่างแนวการออกแรงที่กระทำ สำหรับคันโยกประเภทที่สอง จุดรองรับคงที่จะอยู่ที่ด้านหนึ่งของแนวการกระทำของแรงที่ใช้
วัตถุประสงค์ของการงัดคือการได้รับอำนาจ
3. สภาพสมดุลของคันโยก
การทดลองสาธิต: ใช้คันโยกเพื่อปรับสมดุลแรง 6N กับแรง 3N (เรียกว่านักเรียน) สรุป: คันโยกทำให้เราได้รับความแข็งแกร่งเพิ่มขึ้น 2 เท่า
ในศตวรรษที่ 3 ก่อนคริสต์ศักราช อาร์คิมิดีสค้นพบกฎเกณฑ์ที่ทำให้เกิดความแข็งแกร่งขึ้น ตอนนี้เราจะสร้างกฎนี้
การทดลองสาธิต
เราจะปรับสมดุลคันโยกและป้อนผลการวัดลงในตาราง:
| ประสบการณ์ # | ||||||
| 1 | 6 | 2 | 2 | 6 | 3 | 3 |
| 2 | 6 | 2 | 3 | 4 | 2 | 2 |
| 3 | 6 | 2 | 6 | 2 | 1 | 1 |
นักเรียนกรอกตารางและคำนวณ: ฉ 2/เอฟ 1, ล. 1 / ล. 2- จากนั้นเราจะวิเคราะห์ผลลัพธ์ที่ได้รับในคอลัมน์สุดท้ายของตาราง เรากำหนดข้อสรุปของการทดลอง (สไลด์ 7) และเขียนกฎ:
คันโยกจะอยู่ในสภาวะสมดุลเมื่อแรงที่กระทำต่อคันโยกนั้นแปรผกผันกับแขนของแรงเหล่านี้:
จากกฎนี้เป็นไปตามนั้นด้วยความช่วยเหลือของคันโยก แรงที่น้อยกว่าจะสามารถปรับสมดุลของแรงที่ใหญ่กว่าได้
4. การใช้เลเวอเรจ
คันโยกมีการใช้กันอย่างแพร่หลายในชีวิตประจำวันและเทคโนโลยี กฎการทรงตัวของคันโยกรองรับการทำงานของเครื่องมือและอุปกรณ์ต่างๆ (สไลด์ 8)
ฉันหวังว่าตอนนี้คุณจะสามารถตอบคำถามที่ถูกถามตอนต้นบทเรียนได้อย่างแน่นอน!
III. การรวมบัญชี
การแก้ปัญหา(สไลด์ 9)
เมื่อคันโยกอยู่ในสมดุล แรง 300 นิวตันจะกระทำต่อแขนที่เล็กกว่า และแรง 20 นิวตันจะกระทำต่อแขนที่ใหญ่กว่า ความยาวของแขนที่เล็กกว่าคือ 5 ซม. จงกำหนดความยาวของแขนที่ใหญ่กว่า (สไลด์ 14) ).
IV. การบ้าน(สไลด์ 15)
Peryshkin A.V. ฟิสิกส์. ชั้นประถมศึกษาปีที่ 7: §55, 56, เช่น 30 (1)
V. การสะท้อนกลับ
สรุปบทเรียน. ดำเนินการต่อวลี:
อ้างอิง:
1) Peryshkin A.V. ฟิสิกส์. ชั้นประถมศึกษาปีที่ 7
2) ลูคาชิค วี.ไอ. การรวบรวมปัญหาทางฟิสิกส์ เกรด 7-9
3) มารอน เอ.อี. ฟิสิกส์. ชั้นประถมศึกษาปีที่ 7: คู่มือการศึกษาและระเบียบวิธี
ในบทเรียนนี้ หัวข้อ "กลไกอย่างง่าย" เราจะพูดถึงกลไกที่ช่วยเราในการทำงานของเรา ในสถานที่ก่อสร้าง ในการผลิต หรือในช่วงวันหยุด ทุกที่ที่เราต้องการความช่วยเหลือ ผู้ช่วยเหล่านี้เป็นคันโยก วันนี้เราจะมาพูดถึงพวกเขาพร้อมทั้งแก้ปัญหาและวิเคราะห์หลายอย่างให้มากที่สุด ตัวอย่างง่ายๆจากชีวิต
ในบทนี้เราจะพูดถึงกลไกง่ายๆ
กลไกง่ายๆ- อุปกรณ์เหล่านี้เป็นอุปกรณ์ที่ช่วยให้ทำงานได้เนื่องจากพลังงานกลเท่านั้น เราถูกรายล้อมไปด้วยอุปกรณ์ที่ทำงานโดยใช้ไฟฟ้า (ดูรูปที่ 1) โดยใช้พลังงานจากการเผาไหม้เชื้อเพลิง แต่ก็ไม่ได้เป็นเช่นนั้นเสมอไป
ข้าว. 1.กาต้มน้ำไฟฟ้า
ก่อนหน้านี้ งานทั้งหมดสามารถทำได้ด้วยมือเสมือนจริงหรือด้วยความช่วยเหลือของสัตว์ เนื่องจากลมหรือการไหลของน้ำ (โรงสี) นั่นก็คือเนื่องจากพลังงานกล (ดูรูปที่ 2)
ข้าว. 2. กลไกเรียบง่ายแบบเก่า
และกลไกง่ายๆ ช่วยให้ทำงานได้ง่ายขึ้น
พลังของเรามีจำกัด และนั่นคือปัญหา ตัวอย่างเช่น เราไม่สามารถยกและเคลื่อนย้ายอิฐจำนวนมากจากที่หนึ่งไปอีกที่หนึ่งได้ในคราวเดียว แต่เราสามารถใช้เวลามากกว่านี้ผ่านไปได้ ระยะทางที่ยาวขึ้นไปมาและเคลื่อนอิฐทีละสี่ก้อนหรือมากเท่าที่เราจะขนได้ แล้วสกรูที่ต้องขันเข้ากับไม้ล่ะ? เราไม่สามารถขันมันด้วยมือเปล่าได้ เป็นไปไม่ได้เลยที่จะขันสกรูทีละชิ้น เหมือนภูเขาอิฐที่ต่ออิฐ คุณต้องใช้กลไกไขควง เราต้องหมุนสกรูหลายรอบเพื่อให้สกรูเข้าไปในต้นไม้อย่างน้อยหนึ่งเซนติเมตร แต่มันง่ายกว่าด้วยมืออย่างหาที่เปรียบมิได้
ลองพิจารณากลไกง่าย ๆ เช่นจอบ แน่นอนว่ามันทำให้งานง่ายขึ้น ขุดด้วยมือได้ง่ายกว่ามาก เราปักจอบลงดิน ในการยกก้อนดินคุณต้องกดที่รอยตัด จะกดตรงไหนให้ง่ายขึ้น? ประสบการณ์แนะนำว่าคุณต้องกดนั่นคือออกแรงใกล้กับปลายด้ามจับมากขึ้น (ดูรูปที่ 3)
ข้าว. 3. การเลือกจุดใช้แรง
พยายามออกแรงใกล้กับใบมีดมากขึ้น การยกก้อนดินจะยากขึ้นมาก หากใช้แรงเท่าเดิม คุณจะไม่สามารถยกสิ่งใดได้อีก นี่คือเหตุผลที่ว่าทำไมพลั่วที่มีด้ามจับสั้น เช่น พลั่วทหารช่าง ถึงใช้ใบมีดขนาดเล็ก: คุณยังไม่สามารถยกดินได้มากด้วยด้ามสั้น
พลั่วเป็นคันโยก คันโยกคือวัตถุแข็งที่มีแกนหมุนคงที่ (ส่วนใหญ่มักเป็นจุดศูนย์กลางหรือจุดกันสะเทือน) มันถูกกระทำโดยแรงที่มีแนวโน้มที่จะหมุนรอบแกนการหมุนของมัน สำหรับพลั่ว แกนหมุนจะเป็นจุดศูนย์กลาง ขอบด้านบนหลุม (ดูรูปที่ 4)
ข้าว. 4. แกนหมุนของจอบ
ก้อนดินที่เรายกออกแรงบางอย่างกับใบจอบ และมือของเราออกแรงจับด้ามจับน้อยลง (ดูรูปที่ 5)
ข้าว. 5. การกระทำของกองกำลัง
ลองดูอีกตัวอย่างหนึ่ง: ทุกคนขี่บาลานซ์สวิง (ดูรูปที่ 6)
ข้าว. 6. การแกว่งสมดุล
นี่เป็นคันโยกด้วย: มีแกนหมุนคงที่ซึ่งวงสวิงหมุนภายใต้อิทธิพลของแรงโน้มถ่วงของเด็ก
หากต้องการให้มีน้ำหนักมากกว่าเพื่อนของคุณที่นั่งตรงข้ามและยกเขาขึ้น คุณจะต้องนั่งบนขอบชิงช้า หากคุณนั่งใกล้กับจุดรองรับชิงช้า คุณอาจไม่สามารถชั่งน้ำหนักเกินได้ จากนั้นคุณจะต้องวางคนที่เป็นผู้ใหญ่และมีน้ำหนักมากไว้แทน (ดูรูปที่ 7)
ข้าว. 7. แรงที่ใช้ต้องมากกว่าที่ขอบ
ณ จุดนี้ของการใช้แรง จำเป็นต้องใช้แรงมากกว่าการออกแรงที่ขอบของกระดานหก (ดูรูปที่ 8)
ข้าว. 8. การใช้กำลัง
ดังที่คุณสังเกตเห็นแล้วว่า ยิ่งเราใช้แรงอยู่ห่างจากศูนย์กลางมากเท่าใด แรงก็จะยิ่งน้อยลงในการทำงานเดียวกันเท่านั้น นอกจากนี้ แรงที่ต้องการยังน้อยกว่าแขนคันโยกหลายเท่า แขนคันโยก- นี่คือระยะห่างจากจุดรองรับหรือช่วงล่างของคันโยกจนถึงจุดออกแรง (ดูรูปที่ 9)
ข้าว. 9. เลเวอเรจและความแข็งแกร่ง
เราจะใช้แรงตั้งฉากกับคันโยก
ทิศทางของแรงที่กระทำต่อคันโยก
จะกดจอบยกดินไปในทิศทางใด? คุณจะใช้แรงกดพลั่วเพื่อให้มันพันรอบจุดศูนย์กลาง ซึ่งก็คือ ตั้งฉากกับด้ามจับ (ดูรูปที่ 10)
หากคุณทำงานตามแนวด้ามจับ มันจะไม่ยกพื้นขึ้น เว้นแต่คุณจะดึงพลั่วออกจากพื้นหรือปักลึกลงไป หากคุณกดที่ด้ามจับในมุมหนึ่ง แรงสามารถถือเป็นผลรวมของแรงทั้งสองได้: คุณกดในแนวตั้งฉากกับด้ามจับและในเวลาเดียวกันก็ดันหรือลากไปตามด้ามจับ (ดูรูปที่ 11)
ข้าว. 11. การออกแรงตามแนวด้ามจับ
เฉพาะส่วนประกอบที่ตั้งฉากเท่านั้นที่จะหมุนจอบ
ดังนั้นเราจึงมีคันโยกและแรงสองแรงที่กระทำต่อคันโยก: น้ำหนักของโหลดและแรงที่เราใช้เพื่อยกน้ำหนักนี้ เราพบว่ายิ่งแขนคันโยกมีขนาดใหญ่เท่าใด แรงในการทรงตัวของคันโยกก็จะน้อยลงเท่านั้น นอกจากนี้ ยิ่งแขนคันโยกมีขนาดใหญ่ แรงก็จะยิ่งน้อยลง ในทางคณิตศาสตร์สามารถเขียนเป็นสัดส่วนได้:
ไม่สำคัญว่าแรงจะกระทำที่ด้านตรงข้ามของจุดศูนย์กลางหรือที่ด้านเดียวกัน ในกรณีแรกคันโยกเรียกว่าคันโยกประเภทแรก (ดูรูปที่ 12) และในรูปแบบที่สอง - คันโยกประเภทที่สอง (ดูรูปที่ 13)
ข้าว. 12.คันโยกชนิดแรก
ข้าว. 13. คันโยกแบบที่สอง
ทำงานกับจอบ
เราดูว่าพลั่วช่วยให้เราขุดได้ง่ายขึ้นได้อย่างไร มันวางอยู่บนขอบของหลุมที่เกิดขึ้นในพื้นดินซึ่งจะเป็นแกนของการหมุนของมัน ใช้น้ำหนักของโลกกับแขนสั้นของคันโยก เราใช้แรงกับแขนยาวของคันโยก (ดูรูปที่ 14)
ข้าว. 14. การใช้กำลังกับพลั่ว
ยิ่งไปกว่านั้น ไม่ว่าแขนคันโยกจะต่างกันกี่ครั้ง แรงที่ใช้กับแขนเหล่านี้ก็ต่างกันด้วยปริมาณที่เท่ากัน
ดังนั้นเราจึงยกก้อนดินขึ้น แต่จากนั้นเราจำเป็นต้องใช้จอบด้วยมือทั้งสองข้าง ยกมันขึ้นจนสุดแล้วเคลื่อนดิน เราจะคว้าด้ามจอบด้วยมือที่สองได้ที่ไหน? ทุกอย่างเป็นเรื่องง่ายเมื่อเรารู้หลักการทำงานของคันโยกแล้ว เข็มวินาทีจะกลายเป็นส่วนรองรับคันโยกแบบใหม่ มันจะต้องอยู่ในตำแหน่งเพื่อเพิ่มความแข็งแกร่งอีกครั้ง มันจะต้องแบ่งคันโยกออกเป็นแขนสั้นและแขนยาวอีกครั้ง ดังนั้นเราจะเอาจอบให้ใกล้กับใบมีดของจอบมากที่สุด พยายามยกพลั่วขึ้นโดยใช้มือทั้งสองข้างจับที่ขอบ คุณอาจทำไม่สำเร็จแม้จะใช้พลั่วเปล่าก็ตาม
หลักการที่คันโยกทำงานนั้นถูกใช้บ่อยมาก ตัวอย่างเช่น คีมถือเป็นคันโยกประเภทแรก (ดูรูปที่ 15) เราดำเนินการกับที่จับของคีมด้วยแรง และคีมจะกระทำกับชิ้นส่วนของลวด ท่อ หรือน็อตด้วยแรงในโมดูลัสมากกว่า อีกกี่ครั้ง อีกกี่ครั้ง:
ข้าว. 15. ตัวอย่างคันโยกชนิดที่ 1
คันโยกอีกอัน - ที่เปิดกระป๋องตอนนี้จุดใช้งานอยู่ที่ด้านหนึ่งของจุดหมุน O และอีกครั้งที่เราออกแรงที่ด้ามจับ และใบมีดเปิดก็ทำหน้าที่กับดีบุก กระป๋องดีบุกด้วยแรงที่มีขนาดใหญ่กว่ามาก (ดูรูปที่ 16)
ข้าว. 16. ตัวอย่างคันโยกชั้นสอง
มากกว่ากี่เท่า? จำนวนเท่ากันมากกว่ากี่เท่า:
ความแข็งแกร่งที่เพิ่มขึ้นนั้นมหาศาล เราถูกจำกัดด้วยความยาวของคันโยกและความแข็งแกร่งเท่านั้น
ลองคำนวณว่าคันโยกต้องยาวแค่ไหนเพื่อที่เด็กผู้หญิงเปราะบางที่มีน้ำหนัก 50 กก. จะสามารถยกรถที่มีน้ำหนัก 1,500 กก. ได้โดยการกดคันโยกด้วยน้ำหนักทั้งหมดของเธอ เราจะวางจุดศูนย์กลางของคันโยกเพื่อให้แขนสั้นของคันโยกเท่ากับ 1 ม. (ดูรูปที่ 17)
ข้าว. 17. การเขียนแบบสำหรับปัญหา
ปัญหาอธิบายถึงคันโยก (ดูรูปที่ 18)
ข้าว. 18. เงื่อนไขของงาน 1
เรารู้ว่าคันโยกได้รับความแข็งแกร่งเพิ่มขึ้นกี่ครั้ง:
แรงถูกกระทำที่ด้านตรงข้ามของส่วนรองรับคันโยก ดังนั้นแขนทั้งสองข้างของคันโยกจึงรวมกันตามความยาว:
เราได้อธิบายกระบวนการที่ระบุในเงื่อนไขทางคณิตศาสตร์แล้ว ในกรณีของเรา แรงที่กระทำบนไหล่คือน้ำหนักของรถ และแรงที่กระทำบนไหล่คือน้ำหนักของเด็กผู้หญิง
ตอนนี้สิ่งที่เหลืออยู่คือการแก้สมการและค้นหาคำตอบ
จากสมการแรก เราพบแขน ยิ่งใช้แรงที่มากขึ้นกับแขนที่เล็กกว่าของคันโยก ซึ่งหมายความว่านี่คือแขนสั้น เท่ากับ 1 เมตร
ความยาวของคันโยกคือ:
คำตอบ: 31 ม.
จอบขุดด้วยตัวเองได้อย่างไร?
เมื่อพิจารณาตัวอย่าง เราไม่ได้คำนึงถึงแรงโน้มถ่วงที่กระทำต่อคันโยก
ลองนึกภาพว่าเราเอาจอบปักลงดินตื้นๆ ถ้าพลั่วหนักพอ มันจะสามารถยกดินก้อนเล็กๆ ขึ้นมาได้ โดยที่เราไม่ต้องช่วยเหลือ และเราก็ไม่จำเป็นต้องใช้แรงใดๆ กับด้ามจับด้วยซ้ำ จอบจะหมุนรอบแกนหมุนภายใต้อิทธิพลของแรงโน้มถ่วงที่กระทำต่อด้ามจับของจอบ (ดูรูปที่ 19)
ข้าว. 19. หมุนพลั่วรอบแกน
อย่างไรก็ตาม น้ำหนักของคันโยกส่วนใหญ่มักไม่สำคัญเมื่อเทียบกับแรงที่กระทำต่อคันโยก ดังนั้นในแบบจำลองของเรา เราจึงถือว่าคันโยกไม่มีน้ำหนัก
จากตัวอย่างของเด็กผู้หญิงกับรถยนต์ เราเห็นว่าด้วยความช่วยเหลือของคันโยก เราสามารถทำงานที่เราไม่เคยทำหากไม่มีคันโยก ด้วยความช่วยเหลือของคันโยก มันเป็นไปได้ที่จะขยับแม้แต่โลก ดังที่อาร์คิมิดีสพูดถึง (ดูรูปที่ 20)
ข้าว. 20. สมมติฐานของอาร์คิมีดีส
ปัญหาคือไม่มีอะไรให้วางคันโยก ไม่มีจุดศูนย์กลางที่เหมาะสม และแน่นอนว่าคุณคงจินตนาการได้ว่าคันโยกดังกล่าวจะต้องยาวแค่ไหนอย่างเหลือเชื่อ เพราะมวลของโลกอยู่ที่ 5974 พันล้านตัน
ทุกอย่างทำงานได้ดีเกินไป: เราสามารถลดแรงที่จำเป็นในการทำงานได้แทบไม่จำกัด จะต้องมีการจับไม่เช่นนั้นความเป็นไปได้ของเราจะไร้ขีดจำกัด จับอะไร?
การใช้คันโยกเราใช้แรงน้อยลง แต่ในขณะเดียวกันเราก็เคลื่อนไหวได้มากขึ้น (ดูรูปที่ 21)
ข้าว. 21. การเคลื่อนไหวเพิ่มขึ้น
เราขยับด้ามพลั่วให้ยาวสุดแขน แต่ยกดินขึ้นได้เพียงไม่กี่เซนติเมตรเท่านั้น หากอาร์คิมิดีสพบจุดศูนย์กลางในที่สุด ตลอดชีวิตของเขาเขาจะไม่มีเวลาหมุนคันโยกเพื่อเคลื่อนโลก ยิ่งเราออกแรงน้อยเท่าไร เราก็จะเคลื่อนไหวได้มากขึ้นเท่านั้น และผลคูณของแรงและการกระจัด ซึ่งก็คือ งาน ยังคงไม่เปลี่ยนแปลง นั่นคือคันโยกให้ความแข็งแกร่งเพิ่มขึ้น แต่สูญเสียการเคลื่อนไหวหรือในทางกลับกัน
คันโยกที่ใช้ในการถอยหลัง
คันโยกไม่ได้ใช้ในการทำงานโดยใช้แรงน้อยกว่าเสมอไป บางครั้งสิ่งสำคัญคือต้องชนะการเคลื่อนไหว แม้ว่าจะต้องใช้กำลังมากขึ้นก็ตาม นี่คือสิ่งที่ชาวประมงทำเมื่อต้องการดึงปลาออกมาและเคลื่อนย้ายไปในระยะไกล ในเวลาเดียวกัน เขาใช้คันเบ็ดเป็นคันโยก โดยออกแรงไปที่แขนสั้น (ดูรูปที่ 22)
ข้าว. 22. การใช้เบ็ดตกปลา
มือของเราก็เป็นคันโยกเช่นกัน กล้ามเนื้อแขนหดตัวและงอแขนที่ข้อศอก ในเวลาเดียวกันเธอสามารถยกของหนักและทำงานได้ ในกรณีนี้ กล้ามเนื้อและภาระจะกระทำโดยใช้แรงบางอย่างต่อกระดูกของปลายแขน (ดูรูปที่ 23)
ข้าว. 23. มือของเราเป็นคันโยก
แกนหมุนของปลายแขนคือข้อต่อข้อศอก ระบบกล้ามเนื้อและกระดูกทั้งหมดของเราประกอบด้วยคันโยกดังกล่าว และคำว่า "แขนคันโยก" นั้นได้รับการตั้งชื่อโดยการเปรียบเทียบกับไหล่ของคันโยกตัวใดตัวหนึ่งในร่างกายของเรานั่นคือแขน
กล้ามเนื้อได้รับการออกแบบในลักษณะที่เมื่อหดตัว ไม่สามารถทำให้สั้นลงได้ครึ่งเมตรที่เราต้องยก เช่น ชาหนึ่งถ้วย คุณต้องชนะในการเคลื่อนไหว ดังนั้นกล้ามเนื้อจึงแนบชิดกับข้อต่อมากขึ้นจนถึงแขนคันโยกที่เล็กกว่า ในกรณีนี้คุณต้องใช้แรงมากขึ้น แต่นี่ไม่ใช่ปัญหาสำหรับกล้ามเนื้อ
คันโยกไม่ใช่กลไกง่ายๆ เพียงอย่างเดียวที่ช่วยให้เราทำงานได้ง่ายขึ้น
คุณใช้กลไกอะไรง่ายๆ เมื่อขึ้นไปที่ชั้น 1? ถ้าเป็นไปได้คุณสามารถกระโดดไปที่หน้าต่างแล้วปีนเข้าไปในห้อง เราคุ้นเคยกับการทำงานแบบเดียวกันในการเคลื่อนย้ายตัวเรากลับบ้านอย่างปลอดภัยและง่ายกว่ามาก - โดยการขึ้นบันได วิธีนี้ทำให้เราเดินทางได้ไกลขึ้น แต่ออกแรงกับตัวเองน้อยลง หากเราทำบันไดที่ยาวและนุ่มนวล การปีนจะง่ายขึ้น เราจะเดินได้เกือบเหมือนบนพื้นราบ แต่เราจะต้องเดินทางไกลขึ้น (ดูรูปที่ 24)
ข้าว. 24. บันไดเรียบ
ระนาบเอียงเป็นกลไกง่ายๆ มันง่ายกว่าเสมอที่จะไม่ยกของหนัก แต่ต้องลากลงเนิน
มาดูกันว่าขวานแยกไม้อย่างไร ใบมีดจะลับให้คมขึ้นและกว้างขึ้นใกล้กับฐาน และยิ่งลิ่มของขวานเจาะเข้าไปในเนื้อไม้ลึกเท่าไร ก็ยิ่งขยายออกกว้างขึ้นและแยกออกในที่สุด (ดูรูปที่ 25)
ข้าว. 25. สับไม้
หลักการทำงานของลิ่มนั้นเหมือนกับระนาบเอียง การจะย้ายชิ้นไม้ออกจากกันหนึ่งเซนติเมตรจะต้องใช้แรงมหาศาล การใช้แรงกดลิ่มน้อยลงก็เพียงพอแล้ว แต่คุณจะต้องเคลื่อนไหวให้ลึกเข้าไปในไม้มากขึ้น
สกรูทำงานบนหลักการเดียวกันกับระนาบเอียง มาดูสกรูให้ละเอียดยิ่งขึ้น: ร่องตามแนวสกรูนั้นเป็นระนาบเอียง พันไว้รอบแกนสกรูเท่านั้น (ดูรูปที่ 26)
ข้าว. 26. ระนาบเอียงของสกรู
และเรายังขันสกรูให้ลึกตามที่ต้องการได้อย่างง่ายดายอีกด้วย ในเวลาเดียวกันตามปกติเราสูญเสียการเคลื่อนที่: คุณต้องหมุนสกรูหลายรอบเพื่อขับไปสองสามเซนติเมตร ไม่ว่าจะด้วยวิธีใด ดีกว่าดึงไม้ออกจากกันแล้วขันสกรู
เมื่อเราขันสกรูด้วยไขควง เราก็ทำให้งานของเราง่ายยิ่งขึ้น: ไขควงคือคันโยก ดู: แรงที่สกรูกระทำที่ปลายไขควงถูกนำไปใช้กับแขนเล็ก ๆ ของคันโยก และเราใช้มือกดบนแขนที่ใหญ่กว่า (ดูรูปที่ 27)
ข้าว. 27. หลักการทำงานของไขควง
ด้ามไขควงจะหนากว่าใบมีด ถ้าไขควงมีด้ามจับเหมือนเหล็กไขจุก ความแข็งแรงที่เพิ่มขึ้นก็จะยิ่งมากขึ้นไปอีก
เราใช้กลไกง่ายๆ บ่อยมากจนเราไม่สังเกตเห็นด้วยซ้ำ มาดูประตูธรรมดากันดีกว่า คุณช่วยบอกกรณี 3 กรณีของการใช้กลไกง่ายๆ ในการทำงานประตูได้ไหม
ให้ความสนใจว่าที่จับอยู่ที่ไหน โดยจะอยู่ที่ขอบประตู ห่างจากบานพับเสมอ (ดูรูปที่ 28)
ข้าว. 28. ตำแหน่งของที่จับที่ประตู
ลองเปิดหรือปิดประตูโดยดันให้ชิดบานพับจะยาก ประตูคือคันโยก และเพื่อให้มีแรงเปิดประตูน้อยที่สุด แขนของแรงนั้นจะต้องมีขนาดใหญ่ที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้
มาดูที่จับกันดีกว่า ถ้าเป็นเพลาเปล่าเปิดประตูคงลำบาก ที่จับจะเพิ่มแขนที่ใช้แรง และเราใช้แรงน้อยลงเปิดประตู (ดูรูปที่ 29)
ข้าว. 29. มือจับประตู
มาดูรูปทรงของกุญแจกันดีกว่า ฉันคิดว่าคุณสามารถตอบได้ว่าทำไมพวกมันถึงมีหัวที่กว้าง เหตุใดบานพับที่ยึดประตูจึงไม่อยู่ติดกัน แต่มีความสูงประมาณหนึ่งในสี่ของขอบประตู? โปรดจำไว้ว่าเราหยิบจอบเมื่อเรายกมันขึ้น - หลักการเดียวกันก็อยู่ที่นี่ คุณยังสามารถสังเกตลิ้นล็อคที่ตัดเป็นมุมกับสกรูที่ใช้ขันประตูเข้ากับบานพับได้ (ดูรูปที่ 30)
ข้าว. 30. บานพับประตู
อย่างที่คุณเห็น กลไกง่ายๆ รองรับอุปกรณ์ทุกประเภท ตั้งแต่ประตู ขวาน ไปจนถึงเครน เราใช้มันโดยไม่รู้ตัวเมื่อเราเลือก เช่น จะหยิบกิ่งไม้ไปเอียงที่ไหน เมื่อสร้างมนุษย์ ธรรมชาติเองก็ใช้กลไกง่ายๆ ในการสร้างระบบกล้ามเนื้อและกระดูกหรือฟันที่มีรูปร่างเป็นรูปลิ่ม และถ้าคุณให้ความสนใจ คุณจะสังเกตเห็นตัวอย่างมากมายว่ากลไกง่ายๆ ทำให้งานกลง่ายขึ้นได้อย่างไร และคุณจะสามารถใช้กลไกเหล่านั้นได้อย่างมีประสิทธิภาพมากยิ่งขึ้น
นี่เป็นการสรุปบทเรียนของเรา ขอบคุณสำหรับความสนใจของคุณ!
อ้างอิง
การบ้าน
