Эти два урока проведены по учебнику С.В. Громова, Н.А. Родина Физика 7 класс. М. Просвещение 2000 г.

Особенность уроков в том, что в них применяется технология программированного опроса для классов с наполняемостью менее 15 человек. Технология заключается в предложении нескольких вариантов ответов на вопрос. Благодаря этому, удается одновременно повторить предыдущий материал, выделить основное в пройденной теме, проконтролировать усвоение материала всеми учениками класса. Как показывает практика, на опрос всего класса нужно не более 17 минут. Для молодых учителей немаловажным моментом будет быстрое развитие навыков определения уровня усвоения знаний учащимися. Последующие контрольные и самостоятельные работы неизменно подтверждают оценки, полученные учениками во время программированного опроса.

Весь опрос происходит устно. Дети показывают ответы на карточках или на пальцах, для чего необходимо, чтобы количество ответов не превышало пяти. Результаты опроса выставляются на доске сразу же в виде плюсов, минусов и ноликов (есть возможность отказаться от ответа). Такая форма опроса позволяет снять напряженность при опросе, провести его беспристрастно, гласно и одновременно психологически готовит учащегося к тестам.

У программированного опроса много и недостатков. Чтобы свести их на нет, необходимо разумное чередование его с другими формами контроля знаний.

Урок №1. Блоки.

Цель урока: научить детей находить выигрыш в силе, даваемый системой блоков.

Оборудование: блоки, нитки, штативы, динамометры.

Ход урока:

1. Организационный момент

II. Новый материал:

Учителем предлагается проблемный вопрос:

В книге Даниеля Дефо "Робинзон Крузо" рассказывается о человеке, попавшем на необитаемый остров и сумевшем выжить в суровых условиях. Там рассказывается, что однажды Робинзон Крузо решил построить лодку, чтобы уплыть с острова. Но построил лодку он вдалеке от воды. И лодка была очень тяжелой, чтобы можно было ее поднять. Давайте пофантазируем, как бы Вы доставили тяжелую лодку (скажем 1 т. весом) до воды (на расстоянии 1 км).

Решения учащихся вкратце записывают на доске.

Обычно предлагают прорыть канал, двигать лодку рычагом. Но в самом произведении рассказывается, что Робинзон Крузо начал рыть канал, но рассчитал, что для его завершения ему понадобиться вся его жизнь. А рычаг, если рассчитать, окажется таким толстым, что не хватит сил держать его в руках.

Хорошо, если кто-то предложит сделать лебедку, применить полиспаст, блоки или ворот. Пусть этот ученик расскажет, что это за механизм и зачем нужен.

После рассказа приступают к изучению нового материала. Если никто из учеников не предлагает решения, учитель рассказывает сам.

Блоки бывают двух видов:

смотри рис 54 (стр. 55)

Смотри рис 55 (стр. 55)

Неподвижный блок не дает выигрыша в силе. Он только меняет направление приложения силы. А подвижный блок дает выигрыш в силе в 2 раза. Давайте посмотрим подробнее:

(Чтение материала §22 вывод формулы F=P/2;)

Для того, чтобы сложить действие нескольких блоков применяют устройство, называемое полиспастом (от греческого poly - "много" spao - "тяну").

Чтобы поднять нижний блок, нужно подтянуть две верёвки, то есть проиграть в расстоянии в 2 раза, следовательно, выигрыш в силе данного полиспаста равен 2.

Чтобы поднять нижний блок, нужно сократить 6 верёвок, следовательно, выигрыш в силе данного полиспаста равен 6

III. Закрепление нового материала.

Тренировочный опрос:

1. Сколько веревок сокращаются на рисунке?

Одна,
Четыре,
Пять,
Шесть,
Другой ответ.

2. Мальчик может поднять 20 кг. А нужно поднять 100. Сколько блоков ему надо, чтобы сделать полиспаст?

Четыре,
Пять,
Восемь,
Десять,
Другой ответ.

3. Как Вы думаете, можно ли получить с помощью блоков выигрыш в силе в нечетное число раз, например, 3 или 5 раз?

Ответ: Да, для этого необходимо, чтобы веревка три раза соединяла груз с верхним блоком. Примерное решение на рисунке:

III.1. Решение задачи 71.

III.2. Решение задачи Робинзона Крузо.

Для передвижения лодки достаточно было собрать полиспаст или лебедку (механизм, который мы будем изучать на следующем уроке).

Венгерские почитатели Даниеля Дефо даже провели такой эксперимент. Один человек передвинул бетонную плиту самодельным вырезанным из дерева полиспастом на 100 м.

III.3. Практическая работа:

Собрать из блоков и ниток сначала неподвижный блок, затем подвижный блок и простейший полиспаст. Провести измерения выигрыша в силе во всех трех случаях динамометром.

IV. Заключительная часть

Итог урока, объяснение домашнего задания

Домашнее задание: §22; задача 72

Урок №2. Ворот. Лебедка.

Цели урока: рассмотреть оставшиеся простые механизмы - лебедку, ворот и наклонную плоскость; ознакомиться со способами нахождения выигрыша в силе, даваемой лебедкой и наклонной плоскостью.

Оборудование: модель ворота, большой шуруп или винт, линейка.

Ход урока:

I. Организационный момент

II. Программированный опрос по предыдущему материалу:

1. Какой блок не дает выигрыша в силе?

Подвижный,
Неподвижный,
Никакой.

2. Можно ли с помощью блоков получить выигрыш в силе в 3 раза?

3. Сколько веревок сокращаются на рисунке?

Одна,
Четыре,
Пять,
Шесть,
Другой ответ.

4. Мальчик может поднять 25 кг. А нужно поднять 100. Сколько блоков ему надо, чтобы сделать полиспаст?

Четыре,
Пять,
Восемь,
Десять,
Другой ответ.

5. Плотник, ремонтируя рамы, не мог найти крепкой веревки. Ему попалась бечевка, которая на разрыв выдерживала 70 кг. Сам плотник весил 70 кг, а корзина, в которой он поднимался - 30 кг. Тогда он взял и собрал механизм, изображенный на рисунке 1. Выдержит ли веревка?

6. После работы плотник собрался пообедать и прицепил веревку к раме, чтобы освободить руки, так как показано на рисунке 2. Выдержит ли веревка?

III. Новый материал:

Запись терминов в тетрадь.

Ворот состоит из цилиндра и прикрепленной к нему рукоятки (показать модель ворота). Чаще всего применяется для подъема воды из колодцев (рис 60 стр. 57).

Лебедка - сочетание ворота с зубчатыми колесами разного диаметра. Это более совершенный механизм. При его использовании можно достичь наибольших сил.

Слово учителя. Легенда об Архимеде.

Однажды Архимед пришел в один город, где местный тиран был наслышан о чудесах, творимых великим механиком. Он попросил Архимеда продемонстрировать какое-либо чудо. "Хорошо, - сказал Архимед, - но пусть мне помогут кузнецы". Он сделал заказ, и через два дня, когда машина была готова, на глазах изумленной публики Архимед в одиночку, сидя на песке и лениво вращая рукоятку, вытащил из воды корабль, который еле - еле вытаскивали 300 человек. Сейчас историки думают, что именно тогда впервые была применена лебедка. Дело в том, что при использовании полиспаста, действия отдельных блоков складываются, и для того, чтобы достичь 300 кратного увеличения силы, необходимо 150 блоков. А при использовании лебедки действия отдельных зубчатых колес умножаются, то есть при соединении двух зубчатых колес, одно из которых дает выигрыш в силе в 5 раз и другое тоже в 5 раз, получаем общий выигрыш в 25 раз. А если еще раз применить такую же передачу, то общий выигрыш достигнет 125 раз. (А не 15, как при простом сложении).

Таким образом, для создания данной лебедки достаточно было сделать механизм, похожий на устройство (рис. 61 стр. 58). При тех размерах, которые указаны, верхний ворот дает выигрыш в силе в 12 раз, система зубчатых колес в 10 раз, а второй ворот в 5 раз. Лебедка дает 60 кратный выигрыш в силе.

Наклонная плоскость - простой механизм, который знаком многим из вас. Применяется для подъема тяжелых тел, например бочек в машину. Во сколько раз мы выигрываем в силе при подъеме, во столько же раз мы проигрываем в расстоянии. Например, мы можем катить бочку весом в 50 кг. А нужно поднять 300 кг на 1 метр в высоту. Какой длины доску нужно взять?

Решаем поставленную задачу:

Так как мы должны выиграть в силе в 6 раз, следовательно, проигрыш в расстоянии должен быть тоже как минимум в 6 раз. Значит, доска должна иметь длину не менее 6 метров.

В качестве примеров наклонной плоскости могут служить гайки и винты, клинья и множество режущих и колющих инструментов (игла, шило, гвоздь, стамеска, долото, ножницы, кусачки, клещи, нож, бритва, резец, топор, колун, рубанок, фуганок, отборник, фреза, лопата, тяпка, коса, серп, вилы и т. д.), рабочие органы машин для обработки почвы (плуги, бороны, кусторезы, культиваторы, бульдозеры, и др.)

Рассмотрим в качестве примера "глухарь". Это глухой клин в молотке, который удерживает рукоятку. Раздвигая волокна дерева, этот клин подобно прессу раздвигает рукоятку в отверстии и надежно фиксирует ее.

А как быть, если нам не нужно, чтобы гвоздь раздвигал волокна. Например, нужно забить гвоздь в тонкую дощечку. Если туда забить обычный гвоздь, она просто расколется. Для этого плотники специально тупят гвозди и забивают уже тупые. Тогда гвоздь просто сминает волокна древесины перед собой, но не раздвигает их как клин.

В древние века многие простые механизмы использовались в военных целях. Это баллисты и катапульты (рисунок 62, 63). Как вы думаете, как они действуют?

Ответы учеников обсуждаем всем классом.

Особенно большим количеством изобретений прославился Архимед. (При наличии свободного времени учитель рассказывает об изобретениях Архимеда).

IV. Закрепление нового материала

Практическая работа:

1) Возьмите большой шуруп или винт и при помощи миллиметровой линейки измерьте длину окружности его головки. Для этого нужно приложить головку винта к делениям миллиметровой линейки и катить ее вдоль делений.

Длина окружности головки винта l = 2R = ….мм

2) Возьмите теперь измерительный циркуль и миллиметровую линейку и измерьте при помощи их расстояние между двумя соседними выступами винтовой нарезки. Это расстояние называется шагом или ходом винта.

Шаг винта h = … мм

3) Разделите теперь длину окружности головки на шаг винта, и вы узнаете, во сколько раз мы выигрываем в силе, пользуясь этим винтом.

V. Дополнительное задание: "Дурацкие" тали.

Попробуйте отгадать, во сколько раз мы выигрываем в силе при использовании следующих систем блоков.

Для решения второй и третьей задач недостаточно ответить на вопрос "Сколько отрезков веревки сократятся, если тянуть "до упора"? Задачи требуют нестандартного подхода. Например, решим вторую задачу. Пусть человек тянет с силой в 10 Н. Эта сила уравновешивается натяжением каната 2. Значит, на второй веревке сила тяги 20 Н. Но она уравновешивается натяжением каната 3. Значит на третьей веревке сила тяги 40 Н. А на четвертой 80 Н. Следовательно выигрыш в силе 8 раз.

В современной технике для переноса грузов на стройках и предприятиях широко используются грузоподъемные механизмы, незаменимыми составными частями которых можно назвать простые механизмы. Среди них древнейшие изобретения человечества: блок и рычаг. Древнегреческий ученый Архимед облегчил труд человека, дав ему при использовании своего изобретения выигрыш в силе, и научил менять направление действия силы.

Блок - это колесо с желобом по окружности для каната или цепи, ось которого жестко прикреплена к стене или потолочной балке.

Грузоподъемные устройства обычно используют не один, а несколько блоков. Система блоков и тросов, предназначенная для повышения грузоподъемности, называется полиспаст.

Подвижный и неподвижный блок - такие же древнейшие простые механизмы, как и рычаг. Уже в 212 г.до н.эры с помощью крюков и захватов, соединенных с блоками, сиракузцы захватывали у римлян средства осады. Сооружением военных машин и обороной города руководил Архимед.

Неподвижный блок Архимед рассматривал как равноплечий рычаг.

Момент силы, действующей с одной стороны блока, равен моменту силы, приложенной с другой стороны блока. Одинаковы и силы, создающие эти моменты.

Выигрыш в силе при этом отсутствует, но такой блок позволяет изменить направление действия силы, что иногда необходимо.

Подвижный блок Архимед принимал за неравноплечий рычаг, дающий выигрыш в силе в 2 раза. Относительно центра вращения действуют моменты сил, которые при равновесии должны быть равны.

Архимед изучил механические свойства подвижного блока и применил его на практике. По свидетельству Афинея, "для спуска на воду исполинского корабля, построенного сиракузским тираном Гиероном, придумывали много способов, но механик Архимед, применив простые механизмы, один сумел сдвинуть корабль с помощью немногих людей. Архимед придумал блок и посредством него спустил на воду громадный корабль".

Блок не дает выигрыша в работе, подтверждая золотое правило механики. В этом легко убедиться, обратив внимание на расстояния, пройденные рукой и гирей.

Спортивные парусные суда, как и парусники прошлого, не могут обойтись без блоков при постановке парусов и управлении ими. Современным судам нужны блоки для подъема сигналов, шлюпок.

Эта комбинация подвижных и неподвижных блоков на линии электрофицированной железной дороги для регулировки натяжения проводов.

Такой системой блоков могут пользоваться планеристы для подъема в воздух своих аппаратов.

ПРЕДМЕТ: Физика

КЛАСС: 7

ТЕМА УРОКА: Наклонная плоскость. "Золотое правило механики".

Учитель физики

ТИП УРОКА: Комбинированный.

ЦЕЛЬ УРОКА: Актуализировать знания по теме "Простые механизмы"

и усвоить общее положение для всех разновидностей простых

механизмов, которое называется «золотым правилом» механики.

ЗАДАЧИ УРОКА:

ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫЕ:

- углубить знания об условии равновесия вращающегося тела, о блоках подвижном и неподвижном;

Доказать, что простые механизмы, используемые в работе, дают выигрыш в силе, а с другой стороны, - позволяют изменить направление движения тела под действием силы;

Вырабатывать практические умения в подборе аргументированного материала.

ВОСПИТАТЕЛЬНЫЕ:

Воспитывать интеллектуальную культуру в подведении учащихся к пониманию основного правила простых механизмов;

Познакомить с функциями применения рычагов в быту, в технике, в школьной мастерской, в природе.

РАЗВИТИЕ МЫШЛЕНИЯ:

Формировать умение обобщать известные данные на основе выделения главного;

Формировать элементы творческого поиска на основе приема обобщения.

ОБОРУДОВАНИЕ: Приборы (рычаги, набор грузов, линейка, блоки, наклонная плоскость, динамометр), таблица «Рычаги в живой природе», компьютеры, раздаточный материал (тесты, карточки с заданиями), учебник, доска, мел.

ХОД УРОКА.

СТРУКТУРНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ УРОКА ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ УЧИТЕЛЯ И УЧАЩИХСЯ

ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ УРОКА Учитель обращается к классу:

Целый мир охватив от земли до небес,

Всполошив не одно поколение,

По планете шагает научный прогресс.

У природы все меньше секретов.

Как использовать знанье - забота людей.

Сегодня, ребята, познакомимся с общим положением простых механизмов, которое называется «золотым правилом» механики .

ВОПРОС УЧАЩИМСЯ (ГРУППЕ ЛИНГВИСТОВ)

Как вы думаете, почему правило наз-ся "золотым"?

ОТВЕТ: " Золотое правило" - одна из древнейших нравственных заповедей, содержащихся в народных пословицах, поговорках: Не делай другим того, что не хочешь, чтобы причиняли тебе, - высказывались древне - восточные мудрецы.

ГРУППА ТОЧНИКОВ ОТВЕТ: ” Золотое”- это основа всех основ.

ВЫЯВЛЕНИЕ ЗНАНИЙ. ВЫПОЛНЕНИЕ ТЕСТА «РАБОТА И МОЩНОСТЬ»

(на компьютере, тест прилагается)

ТРЕНИРОВОЧНЫЕ ЗАДАНИЯ И ВОПРОСЫ.

1.Что представляет собой рычаг?

2. Что называют плечом силы?

3. Правило равновесия рычага.

4. Формула правила равновесия рычага.

5. Найдите ошибку на рисунке.

6. Используя правило равновесия рычага, найдите F2

d1=2см d2=3см

7. Будет ли находится в равновесии рычаг?

d1=4см d2=3см

Группа лингвистов выполняет № 1, 3, 5.

Группа точников выполняют № 2, 4, 6, 7.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ЗАДАНИЕ ГРУППЕ УЧ-СЯ

1. Уравновесьте рычаг

2. Подвесьте два груза на левой части рычага на расстоянии 12 см. от оси вращения

3. Уравновесьте эти два груза:

а) одним грузом_ _ _ плечо_ _ _ см.

б) двумя грузами_ _ _ плечо_ _ _ см.

в) тремя грузами_ _ _плечо _ _ _ см.

С учащимися работает консультант

В мире интересного.

"Рычаги в живой природе "

(выступает призер олимпиады по биологии Минакова Марина)

РАБОТА НАД Показ опытов (консультант)

ИЗУЧАЕМЫМ № 1 Применение закона равновесия рычага к блоку.

МАТЕРИАЛОМ. а) Неподвижный блок.

Актуализация ранее Уч-ся должны пояснить, что неподвижный блок можно усвоенных рассматривать как равноплечий рычаг и выигрыша в

знаний о простых силе не дает

механизмах. № 2 Равновесие сил на подвижном блоке.

Уч–ся на основании опытов делают вывод, что подвижный
блок дает выигрыш в силе в два раза и такой же проигрыш в
пути.

ИЗУЧЕНИЕ

НОВОГО МАТЕРИАЛА. Более 2000 лет назад прошло с тех пор, как погиб Архимед, но и
сегодня память людей хранит его слова: «Дайте мне точку опоры, и
я вам подниму весь мир». Так сказал выдающийся древнегреческий
ученый – математик, физик, изобретатель, разработав теорию
рычага и поняв его возможности.

На глазах правителя Сиракуз, Архимед, воспользовавшись

сложным
устройством из рычагов, в одиночку спустил корабль. Девизом
каждого, кто нашел новое, служит знаменитое «Эврика!».

Одним из простых механизмов, дающим выигрыш в силе, является
наклонная плоскость. Определим работу, совершаемую с помощью
наклонной плоскости.

ДЕМОНСТРАЦИЯ ОПЫТА:

Работа сил на наклонной плоскости.

Измеряем высоту и длину наклонной плоскости и

Сравниваем их отношение с выигрышем силы на

F плоскости.

L А) опыт повторяем, изменив угол наклона доски.

Вывод из опыта: наклонная плоскость дает

h выигрыш в силе во столько раз, во сколько ее длина

Больше высоты. =

2. Золотое правило механики выполняется и для

рычага.

При вращении рычага во сколько раз

выигрываем в силе, во столько же раз теряем

в перемещении.

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ Качественные задания.

И ПРИМЕНЕНИЕ № 1. Почему машинисты избегают остановки поездов на

ЗНАНИЙ. подъеме? (отвечает группа лингвистов).

№ 2 Брусок в положении В скользит по наклонной

плоскости,преодолевая трение. Будет ли

скользить брусок и в положении А? (ответ дают

точники).

Ответ: Будет, т. к. величина F трения бруска о плоскость не
зависит от площади соприкасающихся поверхностей.

Расчетные задачи.

№ 1. Найти силу, действующую параллельно длине наклонной плоскости, высота которой 1м., длина 8 м., чтобы удержались на наклонной плоскости груз весом 1,6 *10³ Н

Дано: Решение:

h = 1м F= F=

Ответ: 2000Н

№2. Чтобы удержать на ледяной горе санки с седоком весом 480 Н, нужна сила 120 Н. Наклон горки по всей ее длине постоянный. Чему равна длина горы, если высота 4 м.

Дано: Решение:

h = 4м l =

Ответ: 16м

№ 3. Автомобиль весом 3*104 Н равномерно движется на подъеме длиной 300 м. и высотой 30м. Определить силу тяги автомобиля, если сила трения колес о грунт 750 Н. Какую работу совершает двигатель на этом пути?

Дано: Решение:

P = 3*104H Сила, необходимая для подъема
Fтр = 750H автомобиля без учета трения

l = 300м F= F=

h =30м Сила тяги равна: Fтяг= F+Fтр=3750H

Fтяг-?, A -? Работа двигателя: А= Fтяг*L

A=3750H*300м=1125*103Дж

Ответ: 1125кДж

Подведение итогов урока, оценивание работы учащихся консультантами используя карту внутридифференцированного подхода к видам деятельности на уроке.

ДОМАШНЕЕ ЗАДАНИЕ § 72 повт. § 69,71. с. 197 у. 41 №5

Темы кодификатора ЕГЭ: простые механизмы, КПД механизма.

Механизм - это приспособление для преобразования силы (её увеличения или уменьшения).
Простые механизмы - это рычаг и наклонная плоскость.

Рычаг.

Рычаг - это твёрдое тело, которое может вращаться вокруг неподвижной оси. На рис. 1 ) изображён рычаг с осью вращения . К концам рычага (точкам и ) приложены силы и . Плечи этих сил равны соответственно и .

Условие равновесия рычага даётся правилом моментов: , откуда

Рис. 1. Рычаг

Из этого соотношения следует, что рычаг даёт выигрыш в силе или в расстоянии (смотря по тому, с какой целью он используется) во столько раз, во сколько большее плечо длиннее меньшего.

Например, чтобы усилием 100 Н поднять груз весом 700 Н, нужно взять рычаг с отношением плеч 7: 1 и положить груз на короткое плечо. Мы выиграем в силе в 7 раз, но во столько же раз проиграем в расстоянии: конец длинного плеча опишет в 7 раз большую дугу, чем конец короткого плеча (то есть груз).

Примерами рычага, дающего выигрыш в силе, являются лопата, ножницы, плоскогубцы. Весло гребца - это рычаг, дающий выигрыш в расстоянии. А обычные рычажные весы являются равноплечим рычагом, не дающим выигрыша ни в расстоянии, ни в силе (в противном случае их можно использовать для обвешивания покупателей).

Неподвижный блок.

Важной разновидностью рычага является блок - укреплённое в обойме колесо с жёлобом, по которому пропущена верёвка. В большинстве задач верёвка считается невесомой нерастяжимой нитью.

На рис. 2 изображён неподвижный блок, т. е. блок с неподвижной осью вращения (проходящей перпендикулярно плоскости рисунка через точку ).

На правом конце нити в точке закреплён груз весом . Напомним, что вес тела - это сила, с которой тело давит на опору или растягивает подвес. В данном случае вес прило жен к точке , в которой груз крепится к нити.

К левому концу нити в точке приложена сила .

Плечо силы равно , где - радиус блока. Плечо веса равно . Значит, неподвижный блок является равноплечим рычагом и потому не даёт выигрыша ни в силе, ни в расстоянии: во-первых, имеем равенство , а во-вторых, в процессе движении груза и нити перемещение точки равно перемещению груза.

Зачем же тогда вообще нужен неподвижный блок? Он полезен тем, что позволяет изменить направление усилия. Обычно неподвижный блок используется как часть более сложных механизмов.

Подвижный блок.

На рис. 3 изображён подвижный блок , ось которого перемещается вместе с грузом. Мы тянем за нить с силой , которая приложена в точке и направлена вверх. Блок вращается и при этом также движется вверх, поднимая груз, подвешенный на нити .

В данный момент времени неподвижной точкой является точка , и именно вокруг неё поворачивается блок (он бы "перекатывается" через точку ). Говорят ещё, что через точку проходит мгновенная ось вращения блока (эта ось направлена перпендикулярно плоскости рисунка).

Вес груза приложен в точке крепления груза к нити. Плечо силы равно .

А вот плечо силы , с которой мы тянем за нить, оказывается в два раза больше: оно равно . Соответственно, условием равновесия груза является равенство (что мы и видим на рис. 3 : вектор в два раза короче вектора ).

Следовательно, подвижный блок даёт выигрыш в силе в два раза. При этом, однако, мы в те же два раза проигрываем в расстоянии: чтобы поднять груз на один метр, точку придётся переместить на два метра (то есть вытянуть два метра нити).

У блока на рис. 3 есть один недостаток: тянуть нить вверх (за точку ) - не самая лучшая идея. Согласитесь, что гораздо удобнее тянуть за нить вниз! Вот тут-то нас и выручает неподвижный блок.

На рис. 4 изображён подъёмный механизм, который представляет собой комбинацию подвижного блока с неподвижным. К подвижному блоку подвешен груз, а трос дополнительно перекинут через неподвижный блок, что даёт возможность тянуть за трос вниз для подъёма груза вверх. Внешнее усилие на тросе снова обозначено вектором .

Принципиально данное устройство ничем не отличается от подвижного блока: с его помощью мы также получаем двукратный выигрыш в силе.

Наклонная плоскость.

Как мы знаем, тяжёлую бочку проще вкатить по наклонным мосткам, чем поднимать вертикально. Мостки, таким образом, являются механизмом, который даёт выигрыш в силе.

В механике подобный механизм называется наклонной плоскостью. Наклонная плоскость - это ровная плоская поверхность, расположенная под некоторым углом к горизонту. В таком случае коротко говорят: "наклонная плоскость с углом ".

Найдём силу, которую надо приложить к грузу массы , чтобы равномерно поднять его по гладкой наклонной плоскости с углом . Эта сила , разумеется, направлена вдоль наклонной плоскости (рис. 5 ).

Выберем ось так, как показано на рисунке. Поскольку груз движется без ускорения, действующие на него силы уравновешены:

Проектируем на ось :

Именно такую силу нужно приложить, что двигать груз вверх по наклонной плоскости.

Чтобы равномерно поднимать тот же груз по вертикали, к нему нужно приложить силу, равную . Видно, что , поскольку . Наклонная плоскость действительно даёт выигрыш в силе, и тем больший, чем меньше угол .

Широко применяемыми разновидностями наклонной плоскости являются клин и винт.

Золотое правило механики.

Простой механизм может дать выигрыш в силе или в расстоянии, но не может дать выигрыша в работе.

Например, рычаг с отношением плеч 2: 1 даёт выигрыш в силе в два раза. Чтобы на меньшем плече поднять груз весом , нужно к большему плечу приложить силу . Но для поднятия груза на высоту большее плечо придётся опустить на , и совершённая работа будет равна:

т. е. той же величине, что и без использования рычага.

В случае наклонной плоскости мы выигрываем в силе, так как прикладываем к грузу силу , меньшую силы тяжести. Однако, чтобы поднять груз на высоту над начальным положением, нам нужно пройти путь вдоль наклонной плоскости. При этом мы совершаем работу

т. е. ту же самую, что и при вертикальном поднятии груза.

Данные факты служат проявлениями так называемого золотого правила механики.

Золотое правило механики. Ни один из простых механизмов не даёт выигрыша в работе. Во сколько раз выигрываем в силе, во столько же раз проигрываем в расстоянии, и наоборот.

Золотое правило механики есть не что иное, как простой вариант закона сохранения энергии.

КПД механизма.

На практике приходится различать полезную работу A полезн, которую нужно совершить при помощи механизма в идеальных условиях отсутствия каких-либо потерь, и полную работу A полн,
которая совершается для тех же целей в реальной ситуации.

Полная работа равна сумме:
-полезной работы;
-работы, совершённой против сил трения в различных частях механизма;
-работы, совершённой по перемещению составных элементов механизма.

Так, при подъёме груза рычагом приходится вдобавок совершать работу по преодолению силы трения в оси рычага и по перемещению самого рычага, имеющего некоторый вес.

Полная работа всегда больше полезной. Отношение полезной работы к полной называется коэффициентом полезного действия (КПД) механизма:

=A полезн/А полн.

КПД принято выражать в процентах. КПД реальных механизмов всегда меньше 100%.

Вычислим КПД наклонной плоскости с углом при наличии трения. Коэффициент трения между поверхностью наклонной плоскости и грузом равен .

Пусть груз массы равномерно поднимается вдоль наклонной плоскости под действием силы из точки в точку на высоту (рис. 6 ). В направлении, противоположном перемещению, на груз действует сила трения скольжения .