Рычаг применяют для получения выигрыша в чем

Тест по физике Равновесие рычага для 7 класса

Тест по физике Равновесие рычага для 7 класса с ответами. Тест включает в себя 2 варианта, в каждом варианте 7 заданий с выбором ответа.

1 вариант

А1. Рычаг применяют для получения выигрыша

1) в работе
2) в скорости
3) в силе
4) в мощности

А2. Плечом силы называется

1) расстояние от точки приложения силы до точки опоры
2) кратчайшее расстояние от точки опоры до линии действия силы
3) длина вектора силы
4) расстояние между двумя действующими силами

А3. К рычагу приложена сила F, как показано на рисунке. Если одно деление шкалы соответствует 10 см, то пле­чо силы F равно

1) 10 см
2) 20 см
3) 30 см
4) 40 см

А4. На невесомом рычаге уравновешены два груза масса­ми 2,4 кг и 6 кг. Отношение плеч этого рычага равно

А5. Для того чтобы рычаг, показанный на рисунке, нахо­дился в равновесии, сила F должна быть равна

1) 5 Н
2) 15 Н
3) 30 Н
4) 45 Н

А6. К рычагу приложена сила 30 Н, плечо этой силы рав­но 20 см. Момент этой силы равен

1) 1,5 Н·м
2) 150 Н·м
3) 6 Н·м
4) 600 Н·м

А7. Если силу уменьшить в полтора раза, а плечо силы увеличить в полтора раза, то момент силы

1) не изменится
2) увеличится в 1,5 раза
3) уменьшится в 2,25 раза
4) увеличится в 2,25 раза

2 вариант

A1. Механизмами называют устройства, служащие для преобразования

1) механической работы
2) силы
3) скорости
4) мощности

А2. Рычаг представляет собой

1) неподвижное твёрдое тело
2) твёрдое тело, которое может вращаться вокруг неподвижной опоры
3) твёрдое тело, которое может двигаться вертикально
4) твёрдое тело, которое может двигаться горизонтально

А3. На рисунке показано твёрдое тело, закреплённое в точке О, и приложенная к нему сила F. Плечом силы F является

1) расстояние ОА
2) расстояние ОВ
3) расстояние ОС
4) расстояние OD

А4. К концам рычага подвешены грузы весом 3 Н и 7 Н. Рычаг находится в равновесии, если груз большего веса находится на расстоянии 0,3 м от опоры. Груз меньшего веса находится от опоры на расстоянии

1) 30 см
2) 50 см
3) 70 см
4) 40 см

А5. Для того чтобы рычаг, пока­занный на рисунке, находил­ся в равновесии, сила F долж­на быть равна

1) 5 Н
2) 15 Н
3) 30 Н
4) 45 Н

А6. К рычагу приложена сила 20 Н, плечо этой силы рав­но 20 см. Момент этой силы равен

1) 0,4 Н·м
2) 4 Н·м
3) 1 Н·м
4) 400 Н·м

А7. Если силу уменьшить в полтора раза, а плечо силы увеличить в три раза, то момент силы

1) не изменится
2) увеличится в 4,5 раза
3) уменьшится в 2 раза
4) увеличится в 2 раза

Ответы на тест по физике Равновесие рычага для 7 класса
1 вариант
А1-3
А2-2
А3-2
А4-4
А5-4
А6-3
А7-1
2 вариант
А1-2
А2-2
А3-1
А4-3
А5-3
А6-2
А7-4

Источник

Простые механизмы.

Автор — профессиональный репетитор, автор учебных пособий для подготовки к ЕГЭ Игорь Вячеславович Яковлев

Темы кодификатора ЕГЭ: простые механизмы, КПД механизма.

Рычаг.

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).

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 ).

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.

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).

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.

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.

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.

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

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 Aполн,
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:

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

Ускорения нет, поэтому силы, действующие на груз, уравновешены:

Проектируем на ось X:

Проектируем на ось Y:

Полная работа равна произведению силы F на путь, пройденный телом вдоль поверхности наклонной плоскости:

Источник

Правило рычага. Формулировка и формула

Рычаг представляет собой один из простых механизмов, который служил и продолжает служить людям для облегчения их физического труда. В статье рассмотрим, что такое рычаг, какие виды его бывают и где они применяются, а также поясним, в чем заключается правило рычага.

Рычаг в физике

Несмотря на то что речь идет о простом механизме, он все же имеет свои составные части. Во-первых, это балка или доска, которая предназначена для воздействия на нее двух противоположных сил. Во-вторых, это опора, которая, с геометрической точки зрения, представляет собой ось вращения, вокруг которой может двигаться балка. В зависимости от расположения опоры под балкой различают три типа рычага, которые будут рассмотрены ниже.

Вам будет интересно: Военная немецкая техника Второй мировой войны

Еще одним важным понятием для любого рычага является «плечо». Под ним понимают часть балки, которая находится между ее концом и опорой при условии, что воздействующие силы приложены к концам балки. Длина плеча играет важную роль при определении условий равновесия рычага.

Рычаг предназначен для преобразования силы в перемещение или, наоборот, перемещения в силу. Другими словами, рассматриваемый простой механизм, используется для перераспределения работы, которую следует выполнить, в пользу приложенной силы или в пользу осуществляемого перемещения. Рисунок ниже показывает пример рычага первого рода.

Когда человечество начало использовать рычаг?

Вам будет интересно: Рычаг: условие равновесия. Условие равновесия рычага: формула

Ответить уверенно на этот вопрос нельзя. Известно, что рычаги с древнейших времен использовались в Месопотамии и Древнем Египте для подъема тар с водой из колодцев и рек.

Единственным письменным свидетельством, которое сохранилось до наших дней, свидетельствующим об использовании рассматриваемого механизма, является всем известный рычаг Архимеда. В работе Плутарха «Параллельные жизни» (100 год до н. э.) говорится, что Архимед в одиночку смог поднять корабль с грузом и пассажирами над поверхностью воды. При этом философ использовал систему блоков и рычагов.

Если подойти к поставленному в названии пункта вопросу более строго, то можно сказать, что человек пользуется рычагом с момента собственного появления в этом мире, ведь наши предплечья и плечи работают по принципу этого простого механизма.

Понятие о моменте силы

Прежде чем переходить к формулировке правила равновесия рычага, рассмотрим понятие крутящего момента или момента силы. В физике под ним понимают величину, равную произведению плеча силы на саму силу. Математически это записывается так:

Физический смысл величины M заключается в отражении способности силы F совершить поворот системы вокруг оси. На практике эту способность можно ощутить, если попытаться открутить гайку не гаечным ключом, а руками, или же если постараться открыть дверь не за ручку, а толкая ее вблизи навесных петель.

Моменты сил и правило рычага

Рассмотрим классический рычаг с двумя плечами, когда опора находится вдали от концов балки. Пример такого механизма изображен ниже.

Мы видим, что когда этот рычаг применяют для совершения физической работы, то на него действует две силы:

В большинстве случаев сила F создается усилием человека, а сила R представляет собой вес некоторого груза.

Рассматриваемый рычаг будет находиться в равновесии, и перестанет испытывать вращение только тогда, когда сумма действующих на него моментов будет равна нулю. Используя обозначения рисунка выше, и применяя формулу для M, запишем правило равновесия рычага:

Заметим, что момент силы F записан со знаком минус, поскольку он стремится повернуть плечо рычага по часовой стрелке. Остается перенести второй член в правую часть равенства, чтобы записать правило рычага:

Таким образом, равенство моментов силы действия F и силы противодействия R является достаточным условием равновесия рассматриваемого простого механизма.

Кто установил правило равновесия рычага? Этот вопрос отчасти пересекается с рассмотренным выше историческим. Поскольку сохранились только письменные свидетельства научной деятельности Архимеда, связанной с этим механизмом, то именно он в настоящее время считается тем философом, кто установил правило рычага.

Равновесие рассматриваемой системы обеспечивается не только равенством нулю суммы моментов, но также равенством нулю всех действующих сил. Выше были названы лишь две силы (F и R). На самом же деле существует еще сила реакции опоры, направленная против сил F и R. Реакцию опоры момента силы не создает ввиду нулевой длины ее плеча.

Выигрыш и проигрыш в использовании рычага

Заметим, что в формуле правила рычага стоят значения моментов. Никакого отношения к работе они не имеют. Момент силы выполняет работу только тогда, когда система за счет его действия поворачивается вокруг оси на некоторый угол.

Виды рычагов

Выше уже упоминалось, что все рычаги относятся к одному из трех типов. В основе классификации лежит относительное расположение сил R, F и опоры. Охарактеризуем все три типа:

Простой механизм блок

Как видно, выигрыша в силе и пути не происходит, однако неподвижный блок позволяет изменить направление воздействующей силы F.

Применение правила равновесия рычага к блоку производят, когда требуется рассчитать выигрыш в силе при использовании подвижных блоков. Один такой блок позволяет выиграть в 2 раза в силе и во столько же раз проиграть в пути.

Решение задачи

Воспользуемся правилом рычага, получим:

m = 3*F/g = 3*200/9,81 ≈ 61 кг.

Отметим, что сила F = 200 Н равна весу тела массой всего 20,4 кг. Таким образом, данная ручная тачка позволяет выиграть в 3 раза в силе.

Источник

Рычаг применяют для получения выигрыша в чем

Проведите опыт. Возьмите длинную линейку и разместите ее на опоре так, как показано на рисунке. Ближе к опоре положите (или подвесьте) любой груз, а рукой нажмите на другой конец линейки (подальше от опоры), — вы легко удержите груз. А теперь передвиньте груз дальше от опоры, а руку положите ближе к ней. Почему в этом случае вам приходится прилагать больше усилий, ведь груз остался тем же? Вернитесь к этому вопросу после изучения материала этого параграфа, и вы легко сможете на него ответить.

Давно известно, что тяжелое тело поднять значительно легче, если просунуть под него крепкий стержень — лом. В данном случае лом играет роль простого механизма — рычага.

Рычаг — это твердое тело, которое может вращаться вокруг неподвижной оси — оси вращения.

Лом, лопата (рис. 34.1), линейка, которой мы удерживали груз во время опыта, — все это примеры рычагов.

Рычаг — простейший механизм, которой люди пользуются тысячи лет. Изображение рычага можно найти на скалах и в пещерах, на стенах древних храмов и в папирусах. И сегодня применение рычага мы наблюдаем повсюду (рис. 34.2). Чаще всего в качестве рычага используют длинный стрежень с закрепленной осью вращения.

Выясняем условие равновесия рычага

Выясним, при каком условии рычаг находится в равновесии. Для этого воспользуемся лабораторным рычагом. С помощью проволочных крючков будем подвешивать к рычагу грузы. Передвигая крючки, будем изменять плечи сил, действующих на рычаг (рис. 34.3).

Плечо силы — это наименьшее расстояние от оси вращения рычага до линии, вдоль которой сила действует на рычаг.

Например, подвесим слева от оси вращения на расстоянии d₁ = 30 см груз весом Р₁ = F₁ = 1 Н. Справа от оси вращения подвесим грузы общим весом Р₂ = F₂ = 3 Н и будем передвигать этот крючок, пока не добьемся равновесия рычага. Это произойдет, когда грузы общим весом 3 Н окажутся на расстоянии d₂ = 10 см от оси вращения.

Итак, получаем равенство — условие равновесия рычага, или правило рычага:

Обратите внимание на то, что силы F₁ и F₂ пытаются вращать рычаг в противоположных направлениях (в нашем опыте сила F₁ пытается вращать рычаг против хода часовой стрелки, сила F₂ — по ходу часовой стрелки).

Правило рычага установил древнегреческий ученый Архимед. По легенде, именно ему принадлежат слова: «Дайте мне точку опоры — и я переверну Землю» (рис. 34.4).

Узнаем, всегда ли рычаг применяют для получения выигрыша в силе

И наоборот, действуя на короткое плечо рычага, мы проиграем в силе, но во столько же раз выиграем в расстоянии (рис. 34.5, б).

Рассмотрите рис. 34.6. Какой рычаг применяют для выигрыша в силе, а какой — для выигрыша в расстоянии?

Знакомимся с моментом силы

Для характеристики способности силы вращать твердое тело введена физическая величина момент силы.

Момент силы — физическая величина, равная произведению силы, действующей на тело, на плечо этой силы:

где M — момент силы; F — значение силы; d — плечо силы.

Единица момента силы в СИ — ньютонметр:

Сила 1 Н создает момент силы 1 Н-м, если плечо силы равно 1 м.

Открываем правило моментов

Воспользуемся свойством пропорции и запишем правило рычага

Поскольку произведение силы F на плечо d силы — это момент силы (М), получим:

Итак, условие равновесия рычага при действии двух вращающих сил можно сформулировать следующим образом: рычаг находится в равновесии, если момент силы, вращающей рычаг против хода часовой стрелки, равен моменту силы, вращающей рычаг по ходу часовой стрелки.

Чаще всего на рычаг действуют более двух сил. В общем случае условие равновесия рычага (правило моментов) формулируется так:

Рычаг находится в равновесии, если сумма моментов сил, вращающих рычаг против хода часовой стрелки, равен сумме моментов сил, вращающих рычаг по ходу часовой стрелки.

Например, когда на плечи рычага действуют три силы (рис. 34.7), условие его равновесия будет выглядеть так: М₁ = М₂ + М₃.

1. На рычаг (рис. 34.7) кроме сил Р₁, Р₂ и Р₃, пытающихся его вращать, действуют еще сила тяжести Р_тяж (рычаг имеет массу) и сила нормальной реакции опоры N. Но плечи этих сил, а следовательно, их моменты равны нулю, поэтому данные силы не влияют на вращение рычага.

2. Рычаг неподвижен. Это означает, что силы, действующие на рычаг, скомпенсированы: F₁ + F₂ + F₃ + F_тяж = N. Понятно, что силы будут скомпенсированы для любого рычага, который находится в равновесии.

Учимся решать задачи

Задача. Определите массу груза 1 (см. рисунок), если масса груза 2 равна 4 кг. Массой рычага пренебречь.

Анализ физической проблемы. На плечи изображенного на рисунке рычага действуют две силы: вес груза 1 (сила ) и вес груза 2 (сила Е₂). Эти силы пытаются вращать рычаг в противоположных направлениях: сила Е₁ — против хода часовой стрелки, сила Е₂ — по ходу часовой стрелки. Из рисунка видно, что плечи этих сил таковы: d₁ = 5а, d₂ = 3а, где a — длина одного отрезка. Грузы неподвижны, поэтому вес каждого из них можно определить по формуле: F = mg. Рычаг находится в равновесии, поэтому можем воспользоваться правилом рычага.

Рычаг — это твердое тело, которое может вращаться вокруг неподвижной оси.

Плечо силы — кратчайшее расстояние от оси вращения рычага до линии действия силы.

Момент силы — физическая величина, характеризующая вращающее действие силы и равная произведению силы F, вращающей тело, на плечо d этой силы: М = Fd.

Рычаг находится в равновесии, если сумма моментов сил, вращающих рычаг против хода часовой стрелки, равна сумме моментов сил, вращающих рычаг по ходу часовой стрелки.

‘1. Что такое рычаг? 2. Приведите примеры применения рычага. 3. Дайте определение плеча силы. 4. Каким равенством записывают правило рычага? 5. Всегда ли рычаг применяют для получения выигрыша в силе? Приведите примеры. 6. Дайте определение момента силы. 7. Какова единица момента силы в СИ? 8. Сформулируйте правило моментов.

В заданиях 1-7 массой рычага следует пренебречь.

1. Масса какого человека на рис. 1 больше? Поясните свой ответ.

2. Вес груза 1 равен 90 Н (рис. 2). Определите вес груза 2.

3. Определите массу груза (рис. 3), если сила, действующая на правый конец рычага, равна 40 Н.

4. Общая масса грузов — 48 кг (рис. 4).

Определите массу каждого груза.

5. К концам тонкого однородного стержня длиной 2 м подвешены грузы массами 14 и 26 кг. На каком расстоянии от середины стержня нужно разместить опору, чтобы стержень находился в равновесии?

7. Масса груза 1 — 10 кг, г руза 2 — 5 кг (рис. 6). Определите массу груза 3. С какой силой рычаг давит на опору?

8. Решите задачу, рассмотренную в § 34, с учетом того, что масса р чага равна 500 г.

9. Воспользуйтесь дополнительными источник ами информации и н айдите сведения о рым агах в теле человека. Составьте задачу, опираясь на полученные сведения, и решите ее.

1. С помощью карандаша и трех монет по 5 копеек измерьте массу линейки. Считайте, что сила тяжести, действующая на линейку, приложена к ее середине. Масса одной пятикопеечной монеты равна 4,3 г.

2. Найдите у себя дома несколько устройств, действие которых основано на условии равновесия рычага (ножницы, пассатижи, гаечный ключ и т. п.). Проведите необходимые измерения и вычисления и определите, какой наибольший выигрыш в силе (или расстоянии) можно получить с помощью этих устройств.

Видеоопыт. Посмотрите видеоролик, воспроизведите опыт и попробуйте его объяснить.

лабораторная работа № 11

тема. Выяснение условия равновесия рычага.

цель: проверить опытным путем, каким должно быть соотношение сил и их плеч, чтобы рычаг находился в равновесии.

оборудование: рычаг; штатив с муфтой и лапкой; набор грузов массой по 100 г; динамометр; ученическая линейка.

Подготовка к эксперименту

1. Прежде чем приступить к выполнению работы, вспомните ответы на следующие вопросы.

1) Что называют рычагом и где применяют рычаги?

2) Что называют плечом силы?

3) Что такое момент силы?

2. Определите цены делений шкал измерительных приборов.

3. Закрепите на лапке штатива рычаг и уравновесьте его с помощью регулировочных гаек.

Строго соблюдайте инструкцию по безопасности (см. форзац). Результаты измерений сразу заносите в таблицу.

1. С одной стороны от оси вращения рычага подвесьте один груз, а с другой стороны — два груза.

2. Передвигая грузы, уравновесьте рычаг (рис. 1).

3. Измерьте с помощью линейки плечи d₁ и d₂ соответствующих сил Ё₁1Ё₂.

5. Повторите опыт, подвесив на одной половине рычага два, а на другой — три груза (рис. 2).

6. Подвесьте справа от оси вращения на расстоянии 12 см три груза (рис. 3). Значение силы Ё₂ будет равно общему весу этих грузов. Определите с помощью динамометра, какую силу Ё₁ нужно приложить в точке, находящейся на расстоянии 8 см правее точки подвеса грузов, чтобы рычаг находился в равновесии.

обработка результатов эксперимента

1. Для каждого опыта: ^

1) найдите отношение сил — и отношение плеч — 2 ;

2) вычислите момент М₁ силы, вращающей рычаг против хода часовой стрелки, и момент М₂ силы, вращающей рычаг по ходу часовой стрелки.

2. Завершите заполнение таблицы.

Анализ эксперимента и его результатов

На основании проведенных опытов сравните отношение сил, действующих на рычаг, и отношение его плеч. Сделайте вывод, в котором: 1) сформулируйте условие равновесия рычага; 2) проанализируйте, какие факторы повлияли на точность измерений.

Соберите устройство, как показано на рис. 4. Выполните необходимые измерения и определите моменты сил, действующих на рычаг. Найдите сумму моментов. Сделайте вывод об условии равновесия рычага в данном эксперименте.

Источник