Как сделать простой механизм своими руками

Простые механизмы: что это и как они работают

Умение облегчать себе труд с помощью технологий отличает человека от животного. Тысячи лет назад наши предки научились мастерить простые механизмы, которые способны увеличивать усилие, а также изменять направление прикладываемой силы. Принципы их работы лежат в основе любого орудия труда — от садовой лопаты до подъёмного крана.

Простые механизмы — приспособления, служащие для преобразования вектора силы по величине и/или направлению.

Виды простых механизмов

• наклонная плоскость и её разновидности: клин и винт;
• рычаг и его разновидности: блок и ворот.

Теперь расскажем, как они работают. В этой статье мы рассмотрим действия идеальных механизмов, в работе которых не учитывается сила трения.

Работа простых механизмов

Наклонная плоскость

Подниматься по пологому склону горы легче, чем карабкаться по отвесной скале. Чем меньше наклон — тем легче его преодолеть. Это нехитрое наблюдение помогло людям создать простой механизм — наклонную плоскость.

Допустим, нам нужно поднять груз на определённую высоту. Конечно, можно сделать это непосредственно:

Правда, если груз большой, приложить достаточную силу будет нелегко. Но если поставить его на лёгкую тележку и вкатывать по наклонной плоскости, то понадобится гораздо меньше усилий.

Чем меньше угол наклона плоскости, тем больше выигрыш в силе.

Чтобы просто поднять груз весом в один килограмм, требуется усилие:

Теперь посмотрим, какое усилие понадобится, чтобы поднять этот груз на один метр, используя наклонную плоскость длиной десять метров:

Использование наклонной плоскости позволило нам выиграть в силе десять раз. Но путь, который нам пришлось пройти с грузом, также увеличился вдесятеро.

Клин

С помощью наклонной плоскости удобно не только поднимать грузы. Рассмотрим топор: его лезвие — это клин, боковые поверхности которого сходятся под острым углом, образуя наклонные плоскости. Когда мы вонзаем топор в полено, эти плоскости с огромной силой раздвигают волокна древесины и заставляют полено расколоться.

При ударе сила P вгоняет топор в дерево, и на его лезвие действуют сдавливающие силы F со стороны полена. Проекция каждой из сил F на плоскость симметрии лезвия (AB) равна

Поскольку они действуют с двух сторон, условие равновесия сил таково:

Чем длиннее и острее клин (то есть чем меньше угол), тем меньше может быть P по отношению к 2F. Угол лезвия обычного колуна — около 25°, соответственно сила Р примерно в пять раз меньше, чем 2F. Иными словами, чтобы расколоть полено, нужно приложить в пять раз меньше усилий, чем требуется, чтобы разорвать его.

Люди пользуются топорами уже более 9 000 лет. Гвозди, иглы и ножи работают по тому же принципу.

Клин придуман не человеком, а самой природой: например, клюв дятла легко вонзается в дерево благодаря оптимальной клиновидной форме.

Винт

Если свернуть наклонную плоскость в спираль вокруг цилиндра — получится винт.

Впервые описание винта встречается в работах древнегреческого учёного Архита Тарентского, жившего в V–IV веках до нашей эры. Знаменитый Архимед в III веке до нашей эры создал с помощью винта устройство для подъёма воды в оросительные каналы. Винты широко используют для крепления деталей, бурения отверстий и даже в качестве движителя сверхпроходимых шнекороторных вездеходов.

Резьба винта — это наклонная плоскость длиной l и высотой h, свёрнутая в трубочку. Когда мы наворачиваем гайку на болт, мы перемещаем её по наклонной плоскости.

Как и в случае с обычной плоскостью, выигрыш в силе равен отношению h к l, но теперь l рассчитывается по формуле длины окружности: ‍

‍Расстояние между витками называют шагом резьбы. Чем оно меньше, тем длиннее плоскость и больше выигрыш в силе.

Учите физику вместе с домашней онлайн-школой «Фоксфорда»! По промокоду PHYSICS72020 вы получите бесплатный доступ к курсу физики 7 класса, в котором изучаются простые механизмы.

Рычаг

Простейший рычаг — это палка, способная вращаться вокруг неподвижной опоры. Принцип рычага используется при работе башенного крана, рычажных весов, кухонных ножниц и даже обычной лопаты. Интересно, что кости в наших конечностях тоже работают как рычаги.

У любого рычага есть точка опоры (О) и два плеча (длины l1 и l2), к которым в точках A и B прикладываются силы.

Вращение рычага зависит от приложенной к нему силы и от длины плеча. Чем больше сила и чем длиннее плечо, тем сильнее вращающее действие. Именно поэтому работать лопатой проще, держа её ближе к концу черенка, а нести груз на согнутой руке легче, чем на вытянутой.

На рисунке тело А воздействует на рычаг с большей силой, чем тело B, но плечо l1 короче, чем l2 , поэтому тела находятся в равновесии. В таких случаях говорят, что моменты двух сил уравновешены.

Момент силы — произведение силы на длину плеча.

Рассчитаем моменты силы для обоих тел.

Тела находятся в равновесии, значит,

Чем больше будет длина плеча l2, тем меньшее усилие понадобится, чтобы уравновесить тело A. Так, при достаточной длине рычага можно поднять даже «неподъёмный» груз.

Чтобы просто поднять тело, нужно преодолеть силу тяжести:

Чтобы вычислить силу для поднятия тела рычагом, нужно приравнять соответствующие моменты сил:

Если l1 больше l2 в пять раз, то:

Увеличивая длину плеча, мы выигрываем в силе, но проигрываем в перемещении. Нам удалось уменьшить силу в 5 раз, но чтобы короткое плечо рычага поднялось на 10 сантиметров вверх, придётся опустить длинное на 50 сантиметров.

Блок

Частный случай рычага — блок. Так называют колесо с жёлобом, в который вложен трос.

Если ось колеса зафиксировать, к одному концу троса привязать груз, а за другой тянуть — получится простой механизм «неподвижный блок».

На груз действует сила тяжести F = mg. Чтобы удержать верёвку, требуется приложить такую же силу. Никакого выигрыша в величине силы неподвижный блок не даёт. Зато можно менять её направление — тянуть верёвку в любую сторону.

Если прицепить груз к оси колеса, один конец верёвки закрепить, а за другой тянуть — получится подвижный блок, который позволяет выиграть в силе в два раза.

Эффект достигается за счёт того, что блок с грузом поднимают как бы сразу две верёвки: за левую тянет человек, а правую натягивается вбитый в потолок гвоздь.

За выигрыш в силе приходится платить проигрышем в перемещении: чтобы поднять груз на нужную высоту h, понадобится выбрать вдвое большую длину и верёвки: l = 2h.

Ворот

Ворот издревле применяется для поднятия воды из колодца. К барабану, способному вращаться вокруг своей оси, прикреплены верёвка и рукоять. Когда мы вращаем рукоятку — вращается и цилиндр, а верёвка наматывается на него, поднимая или опуская груз.

Ворот действует по тому же принципу, что и рычаг: плечом силы в данном случае становится рукоятка, а плечом груза — радиус барабана. Чем длиннее рукоять относительно радиуса барабана — тем больше выигрыш в силе.

На рисунке длина рукояти равна трём радиусам барабана. Значит, он поднимает ведро с силой, в три раза большей, чем сила наших рук. При этом путь, который проходит рукоять ворота, в три раза длиннее куска верёвки, который в это время накручивается на вал.

Золотое правило механики

Все примеры простых механизмов, которые мы рассмотрели, имеют одно общее свойство, которое называют золотым правилом механики:

Во сколько раз мы выигрываем в силе, во столько же раз проигрываем в перемещении.

Произведение силы на перемещение в механике называется работой и обозначается буквой А:

где α — угол между векторами силы и перемещения. Если направления векторов совпадают, формула работы выглядит проще: A = F × S.

Сэкономить в силе больше, чем проиграть в перемещении — то есть выиграть в работе — не позволяет ни один механизм. Чем меньше силы нужно потратить при подъёме тела по наклонной плоскости, тем длиннее должна быть эта плоскость. Чем меньше сил нужно для воздействия на рычаг — тем длиннее должно быть его плечо.

«Дайте мне точку опоры, и я переверну Землю» — заявил Архимед. Теоретически он мог бы поднять груз, равный нашей планете, выбрав рычаг подходящей длины. Масса земли — примерно 6 000 000 000 000 000 000 000 тонн, в то время как человек в среднем способен поднять груз около 60 килограммов. А значит, плечо силы должно быть больше плеча груза в 100 000 000 000 000 000 000 000 раз. Поэтому чтобы плечо груза сдвинулось хотя бы на один сантиметр, учёному пришлось бы сдвинуть плечо силы на 1000 000 000 000 000 000 км. Даже со скоростью движения в 1 м/с на это ушло бы тридцать тысяч миллиардов лет.

Скоро перезвоним!

Или напишем на почту, если не получится дозвониться

Как сделать простой механизм своими руками

Среднестатистический человек привык думать, что любая жидкость по сути своей не имеет собственной формы, однако, это заблуждение. Примечательно, что даже школьная программа говорит об этом. Но естественная форма любой жидкость шарообразная. Единственная причина по которой она не находиться в такой форме – сила притяжения.

—>СТАТИСТИКА —>

Онлайн всего: 1
Гостей: 1
Пользователей: 0

—>МЫ ВКОНТАКТЕ —>

—>НЕМНОГО РЕКЛАМЫ —>

Наши спонсоры

Гидравлические механизмы своими руками

Вступление

В одном из последних видео опытов мы показывали принцип действия гидравлических механизмов, в котором примером была показана модель гидравлической руки экскаватора. Как сделать самому такую модель мы сегодня и расскажем в данной статье.

Описание и объяснение опыта смотрите по ссылке:

Материалы:

4 шприца на 5 мл (10 мл) с резинкой на поршне; трубка от капельницы; скрепки или проволока; телескопическая антенна; деревянная рейка длиной 95 см; деревянный брусок.

Оборудование:

плоскогубцы; рулетка или линейка; клей столярный или ПВА; ножовка; карандаш; дрель.

Шаг 1.

Разрезаем деревянную рейку на детали следующих размеров:

В заготовках на 11 см должен быть максимально прямой срез, т.к. в дальнейшем мы будем приклеивать эти заготовки вертикально к поверхности бруска.

Шаг 2.

Просверливаем отверстия в заготовке длиной 23 см сбоку по краям с отступом от края не менее 0,5 см). Доверьте этот шаг взрослым.

Важно! Данные отверстия должны быть строго под прямым углом к поверхности (т.е. не скошены). Иначе ваша будущая конструкция будет криво сгибаться или заклинивать.

Шаг 3.

Просверливаем отверстия насквозь в четырех заготовках как это указано выше (см. рисунок Шаг 1). Доверьте этот шаг взрослым. Отверстия должны быть под прямым углом к поверхности. Отступ от края приблизительно 0,5 см. Диаметр отверстий должен совпадать с диаметром тонкой трубки антенны.

Шаг 4.

Приклеиваем заготовку на 5 см к бруску-подставке столярным клеем.

Шаг 5.

Приклеиваем 11-ти сантиметровые заготовки к бруску-опоре и заготовке на 5 см. Прежде чем приклеивать убедитесь, что заготовки стоят вертикально и отверстия расположены на одном уровне над опорой. Если нужно, подточите края наждачной бумагой.

Вставьте брусок между заготовками и крепко прижмите. Брусок нужно вставлять для того, чтобы обеспечить точный зазор в ширину одного бруска.

Шаг 6.

Приклеиваем зубцы к заготовкам на 12 см.

Сначала приклеиваем центральный зубец. Вставляем на другом конце брусок для правильного приклеивания и крепко прижимаем. Остальные зубцы приклеиваем сбоку, выравнивая по центральному.

Шаг 7.

Откусываем плоскогубцами один сегмент антенны и разрезаем его на две половинки.

Шаг 8.

Приступаем к сборке корпуса экскаватора.

Шаг 9.

Заплющиваем плоскогубцами концы трубок, чтобы они не выпадали из отверстий. Отрезаем лишнее ножницами или откусываем плоскогубцами.

Корпус экскаватора готов.

Шаг 10

Нагреваем на огне скрепку и прокалываем ей ножку шприца поперек и насквозь.

Шаг 11

Отрезаем выступающие части ручки шприца.

Шаг 12

Прикрепляем шприцы к корпусу при помощи скрепок следующим образом:

Общий вид.

Крепление №1.

Крепление № 2.

Крепление № 3.

Крепление № 4.

Шаг 13

Присоединяем трубки от капельницы к двум оставшимся шприцам и заполняем их водой полностью (без воздушных пузырьков).

[Сделать это достаточно просто. Нужно вынуть поршень из шприца и наливать воду в него до тех пор, пока все пузырьки воздуха не выйдут. Затем зажать трубку пальцем и вставить поршень обратно.]

Шаг 14

Присоединяем шприцы с трубками к шприцам на корпусе.

Шаг 15

Гидравлический экскаватор готов! Теперь можно приступать к испытаниям.

Нажимая на поршень шприца, давление передается по трубке через воду в шприц на корпусе и поршень высовывается. При этом поршень двигает плечо нашего экскаватора. При оттягивании поршня шприца, все происходит в обратном порядке – поршень втягивается.

Подробные видео-инструкции смотрите ниже:

Послесловие

Такая гидравлическая система используется и в настоящих экскаваторах. Только вместо шприцов и трубок используются металлические цилиндры и шланги, а вместо воды в них налито специальное масло.

ТЕРРАКИД

Сегодня мы будем делать из обыкновенной прищепки, кусочка проволочки, бумаги и картона яркую бабочку, машущую своими крылышками.

Этот простой механизм, созданный на основе изогнутой проволоки, называется кривошипным и позволяет преобразовывать один вид движения в другой. У нашей игрушки вращательное движение рычажка будет преобразовываться в поступательное движение крыльев бабочки.

Новые статьи

• С каким счетом закончился футбольный матч?
• Собираем модели из набора «Волшебные спиральки» с помощью фотографий. Пчела
• Забавные куклы от Kate Toms
• Развивающие игры для малышей из подручных материалов. Часть 2
• Кинетические скульптуры из металла Энтони Хоува
• Собираем модели из набора «Волшебные спиральки» с помощью фотографий. Самолет-2
• О чем болтают рыбы?

Новые комментарии

• Mikhail к записи Стрижка коз — дело серьезное
• Анжелика Навернюк к записи Художник, подаривший нам праздник
• Анжелика Навернюк к записи Учимся собирать модели из набора «Волшебные спиральки». Снеговик на лыжах
• Павел к записи Учимся собирать модели из набора «Волшебные спиральки». Снеговик на лыжах
• Анжелика Навернюк к записи Елка из пластиковых бутылок
• Анжелика Навернюк к записи Семафорная (флажковая) азбука
• Анжелика Навернюк к записи Кто такие грибные драконы, и откуда они взялись?

Архивы

Меню

• БЛОГ (610)
  • А Вы знаете, что… (203)
  • В мире книг (23)
  • Для размышления… (86)
  • ЖЗЛ (98)
  • Забавная механика (18)
  • Занимательные опыты (14)
  • Изобретения и разработки (60)
  • Истории в картинках (68)
  • Креативность (178)
  • Настолки — это здорово! (23)
  • Образовательные видео (75)
  • Интересные мероприятия (22)
  • Конкурсы нашего сайта (12)
    • Конкурсы (10)
    • Делаем игры и игрушки (356)
      • Волшебные спиральки (195)
      • Игры на бумаге (44)
      • Научные игрушки (28)
      • О сайте (1)
      • Об авторах (4)
      • ИЗОБРЕТАТЕЛЬСКИЕ (28)
        • Игры и игрушки (25)
        • Патенты на изобретения (3)
        • Технические (2)
        • Гуманитарные (3)
        • Естественнонаучные (3)
        • Технические (2)
        • 1-й уровень сложности (13)
        • 2-й уровень сложности (22)
        • 3-й уровень сложности (15)
        • 4-й уровень сложности (2)
        • 5-й уровень сложности (1)
        • Дизайн и ИЗО (15)
        • КТОН (4)
        • Мультфильмы (68)
        • Пробы пера (20)
        • Театр (10)

        Как сделать механизм вроде заводной мышки своими руками?

        И что для этого нужно? Желательно ссылки или уроки какие-нибудь. Нужен просто движущийся несложный механизм.

        Голосование за лучший ответ

        Очень простой механизм
        Вот он В ДЕЙСТВИИ

        Похожие вопросы

        Ваш браузер устарел

        Мы постоянно добавляем новый функционал в основной интерфейс проекта. К сожалению, старые браузеры не в состоянии качественно работать с современными программными продуктами. Для корректной работы используйте последние версии браузеров Chrome, Mozilla Firefox, Opera, Microsoft Edge или установите браузер Atom.

        Похожие публикации:

        1. Режим короткого замыкания в цепи возникает когда
        2. Сколько блоков управления в тесле
        3. Сколько жил в телефонном проводе
        4. Сколько киловольт в 750 вольт