Страница 183 - гдз по физике 7 класс учебник Пёрышкин, Иванов

1. Какие механизмы называют простыми?

1. Какие механизмы называют простыми?

Простыми механизмами называют приспособления (устройства), которые служат для преобразования силы. Они позволяют получить выигрыш в силе, то есть приложить меньшую силу для перемещения или подъема тяжелого объекта, либо изменить направление действия силы на более удобное.

Принцип действия простых механизмов основан на «золотом правиле механики»: во сколько раз выигрываем в силе, во столько же раз проигрываем в расстоянии. В идеальном простом механизме (без учета трения) работа, совершаемая приложенной силой, равна работе, совершаемой над грузом:

$A_{приложенная} = A_{полезная}$

$F_1 \cdot s_1 = F_2 \cdot s_2$

где $F_1$ – приложенная сила, $s_1$ – путь, пройденный точкой приложения этой силы, $F_2$ – сила, действующая на груз (сила сопротивления), а $s_2$ – расстояние, на которое перемещается груз.

Таким образом, выигрыш в силе, который определяется как отношение силы сопротивления к приложенной силе, равен проигрышу в расстоянии: $\frac{F_2}{F_1} = \frac{s_1}{s_2}$.

С древних времен выделяют шесть классических простых механизмов:

• Рычаг – твердое тело, которое может вращаться вокруг неподвижной опоры (точки опоры). Примеры: лом, качели, ножницы.
• Блок – колесо с желобом по окружности, вращающееся вокруг своей оси. Блоки бывают неподвижными (меняют направление силы) и подвижными (дают выигрыш в силе в 2 раза). Системы блоков (полиспасты) дают больший выигрыш в силе.
• Ворот (колесо и ось) – состоит из колеса и оси (цилиндра), жестко соединенных вместе и вращающихся вокруг одной оси. Пример: колодезный ворот, руль.
• Наклонная плоскость – плоская поверхность, установленная под углом к горизонтали. Позволяет поднимать груз, прилагая силу, меньшую веса груза. Пример: пандус, эстакада.
• Клин – разновидность наклонной плоскости; имеет треугольную форму. Используется для разделения предметов. Примеры: топор, нож, зубило.
• Винт – стержень с винтовой нарезкой, который является, по сути, наклонной плоскостью, «обернутой» вокруг цилиндра. Преобразует вращательное движение в поступательное. Примеры: шуруп, болт, домкрат.

Эти шесть механизмов являются основой для создания всех более сложных машин и устройств.

Ответ: Простые механизмы — это устройства, служащие для преобразования силы (её величины или направления). Они дают выигрыш в силе за счет проигрыша в расстоянии. К классическим простым механизмам относят рычаг, блок, ворот, наклонную плоскость, клин и винт.

2. Для какой цели применяют простые механизмы?

Простыми механизмами называют приспособления, служащие для преобразования силы. Их используют для того, чтобы получить выигрыш в силе (то есть, приложив меньшую силу, преодолеть большую) или чтобы изменить направление действия силы для удобства выполнения работы. К классическим простым механизмам относят: рычаг, блок, ворот, наклонную плоскость, клин и винт.
Ответ: Простыми механизмами называют устройства, которые преобразуют силу, позволяя получить выигрыш в силе или изменить ее направление.

2. Простые механизмы применяют для двух основных целей:
а) Для получения выигрыша в силе. Это основная цель, позволяющая человеку совершать работу, требующую больших усилий (например, поднимать тяжелые грузы), прикладывая значительно меньшую силу. Согласно «золотому правилу механики», выигрывая в силе, мы проигрываем в расстоянии.
б) Для изменения направления действия силы. Это делается для удобства. Например, неподвижный блок не дает выигрыша в силе, но позволяет поднимать груз, таща веревку вниз, а не вверх.
Ответ: Простые механизмы применяют для получения выигрыша в силе или для изменения направления ее приложения с целью удобства выполнения работы.

3. Поскольку третья часть вопроса на изображении обрезана, предположим, что она звучит как "Приведите примеры применения простых механизмов". Простые механизмы широко распространены в быту и технике.
Рычаг: ножницы, плоскогубцы, качели, тачка, лопата.
Блок: подъемные краны, лифты, флагштоки, полиспасты в альпинизме.
Наклонная плоскость: пандусы, эскалаторы, горные дороги (серпантины).
Клин (разновидность наклонной плоскости): топор, нож, зубило, гвоздь.
Винт (разновидность наклонной плоскости): шурупы, болты, тиски, винтовые домкраты.
Ворот (разновидность рычага): колодезный ворот, лебедка, ручка мясорубки.
Ответ: Примеры простых механизмов: рычаг (ножницы), блок (подъемный кран), наклонная плоскость (пандус), винт (шуруп).

3. Какой простой механизм применяли в Древнем Египте при строительстве пирамид?

При строительстве пирамид в Древнем Египте, особенно во времена Древнего царства, когда были возведены Великие пирамиды в Гизе, использовался комплекс простых механизмов. Точные методы до сих пор являются предметом дискуссий среди историков и инженеров, но на основе археологических находок и анализа изображений можно сделать следующие выводы.

Основным простым механизмом, который позволял поднимать многотонные каменные блоки на большую высоту, была наклонная плоскость. Она реализовывалась в виде огромных пандусов (рамп), которые строили из земли, щебня и кирпича-сырца. По этим пандусам рабочие затаскивали блоки на нужный уровень строительства. Существует несколько гипотез о конструкции этих пандусов: прямой пандус, ведущий к одной из сторон пирамиды, спиральный пандус, опоясывающий пирамиду, или даже внутренние пандусы.

Помимо наклонной плоскости, египтяне активно применяли и другие простые механизмы:

Рычаг: Деревянные рычаги использовались для перемещения, приподнимания и точной установки блоков на место. Это позволяло сдвигать и выравнивать камни с минимальными зазорами, добиваясь знаменитой точности кладки.

Клин: Клинья (деревянные и, возможно, медные) были незаменимы в каменоломнях. Их забивали в трещины в скале. Деревянные клинья затем смачивали водой; разбухая, они с огромной силой раскалывали камень, откалывая блоки нужного размера.

Также для перемещения блоков по ровной поверхности, скорее всего, использовались катки (деревянные бревна), которые подкладывали под специальные салазки (сани), на которых перевозили блоки. Чтобы уменьшить трение, путь перед салазками, вероятно, поливали водой.

Важно отметить, что такие механизмы, как блок и ворот, в период строительства великих пирамид еще не были изобретены или не получили распространения в Египте.

Ответ: Основным простым механизмом, который применяли в Древнем Египте при строительстве пирамид, была наклонная плоскость (в виде пандусов). Также широко использовались рычаги для перемещения и установки блоков и клинья для добычи камня в каменоломнях.

Как вы думаете, для какой дели использовался архимедов винт? В каких современных устройствах его можно найти?

Как вы думаете, для какой цели использовался архимедов винт?

Архимедов винт, также известный как шнек, — это механизм, который исторически использовался для подъема воды с низкого уровня на более высокий. Его изобретение традиционно приписывают древнегреческому ученому Архимеду из Сиракуз (III век до н.э.), хотя существуют свидетельства, что подобные устройства могли применяться и ранее, например, в Древнем Египте для орошения земель вдоль Нила.

Основная цель его использования была связана с сельским хозяйством и водоснабжением. Винт позволял эффективно орошать (ирригировать) земли, которые находились выше уровня источника воды (реки, озера, канала). Конструктивно он представлял собой наклонную винтовую поверхность, вращающуюся внутри цилиндрической трубы. Нижний конец трубы погружался в воду, и при вращении винта (усилием человека или животных) вода, зачерпываемая нижними витками, постепенно перемещалась вверх по спирали и выливалась из верхнего конца трубы.

Кроме ирригации, архимедов винт применялся и для других задач, требующих перемещения воды:

• Осушение затопленных земель, шахт и рудников.
• Откачка воды из трюмов кораблей.

Это был простой, надежный и гениальный по своей сути механизм, который значительно облегчал тяжелый физический труд и решал важные инженерные задачи своего времени.

Ответ: Архимедов винт исторически использовался для подъема воды на небольшую высоту, главным образом для орошения полей, осушения шахт и затопленных территорий, а также для откачки воды из трюмов судов.

В каких современных устройствах его можно найти?

Принцип действия архимедова винта оказался настолько эффективным и универсальным, что его аналоги (шнековые механизмы или просто шнеки) широко применяются и в современных устройствах. Они используются для перемещения не только жидкостей, но и сыпучих материалов (зерно, песок), вязких веществ (фарш, бетон) и гранул (пластик, топливные пеллеты).

Вот некоторые примеры современного использования этого принципа:
1. Пищевая промышленность: Самый известный бытовой пример — это мясорубка, где шнек измельчает и проталкивает мясо к режущим ножам. Также шнеки являются основной частью шнековых соковыжималок (для холодного отжима сока), и промышленного оборудования для производства макаронных изделий, колбас и кондитерских кремов.
2. Сельское хозяйство:Шнековые конвейеры (транспортеры) являются неотъемлемой частью элеваторов, зерносушилок и сельскохозяйственной техники (комбайнов, сеялок) для перемещения зерна, семян и комбикорма.
3. Строительство: В буровых установках шнек используется для бурения скважин и одновременного извлечения грунта на поверхность. В бетономешалках и цементовозах винтовые лопасти, работающие по тому же принципу, перемешивают и подают раствор.
4. Промышленность и производство: В термопластавтоматах и экструдерах шнек используется для плавления, гомогенизации и подачи гранул пластика в пресс-форму для создания пластмассовых изделий.
5. Системы отопления: В пеллетных котлах и каминах шнековый механизм осуществляет автоматическую подачу топливных гранул (пеллет) из бункера в камеру сгорания.
6. Водоочистка и энергетика: Большие винтовые насосы до сих пор используются на станциях очистки сточных вод для подъема воды и осадков. Также существуют винтовые гидротурбины, которые, работая в обратном направлении, преобразуют энергию потока воды в электричество.

Ответ: Современные аналоги архимедова винта (шнеки) можно найти в мясорубках, шнековых соковыжималках, зерновых транспортерах, буровых установках, бетономешалках, системах автоматической подачи топлива в котлах, а также в промышленном оборудовании для производства пластмассы.