Простые механизмы в современной жизни. Полиспаст

XXI Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке

Личный портфель

Простые механизмы в современной жизни. Полиспаст

Кобылкин А.Ю. 1
1МБОУ г. Иркутска СОШ №80
Ободенко О.Н. 1
1МБОУ г. Иркутска СОШ №80
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Диплом школьникаСвидетельство руководителя
Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF

Введение

Актуальность: В наши дни существует много современных машин, станков, различных приспособлений для облегчения труда людей. Но даже ученики седьмого класса знают, что любое сложное устройство всегда состоит из множества простых. Если мы будем знать, как работают простые механизмы, то, возможно, кто-то из нас сможет создать какое-то новое устройство, которое облегчит труд человека, и сделает его работу приятной, сбережёт его здоровье, а продукт его труда будет более качественным.

Новизна: На имеющихся знаниях расширить понятие простых механизмов и изготовить самостоятельно полиспаст..

Гипотеза: Золотое правило механики, которое гласит «Во сколько раз выигрываем в силе, во столько раз проигрываем в расстоянии» применимо для полиспаста.

Цель: Изготовление полиспаста.

Назначение проекта: Мой продукт предназначен для учащихся, интересующихся физикой, в частности, простыми механизмами. Данный проект поможет им более подробно разобраться в этой теме, в частности, на примере полиспаста.

Задачи:

  • Изучить научно-исследовательский, исторический материал, посвящённый этой теме.

  • Рассмотреть разнообразные варианты простых механизмов, чтобы выбрать наиболее наглядный и интересный продукт.

  • Раздобыть все соответствующие материалы для создания моей конструкции.

  • Создать систему блоков - полиспаст.

  1. Простые механизмы. История

  1. Наклонная плоскость — это плоская поверхность, установленная под углом к горизонтали. Она позволяет поднимать груз вверх, прикладывая к нему усилие, заметно меньшее, чем сила тяжести, действующая на этот груз. История создания наклонной плоскости, уход в далекое прошлое и забота о развитии научных и инженерных знаний. Одним из первых ученых, который придерживался наклонных плоскостей, был Андроник Кирский, живший в первом веке нашей эры. Он слышал эксперименты с наклонными плоскостями и значительными их свойствами. В середине века наклонные плоскости стали широко применяться в строительстве и механике. Им были необходимы инструменты для подъема и перемещения твердых предметов. Например, наклонные плоскости использовались для подъема камней при строительстве пирамиды в Древней Египте. С развитием науки и технологий в XIX и XX веках наклонные плоскости стали изучаться более глубоко и использоваться в различных областях, таких как физика, механика, инженерия и архитектура. Современные технологии позволяют использовать наклонные плоскости с высокой точностью и эффективностью. Сегодня наклонные плоскости широко применяются в различных отраслях, включая строительство, грузоподъемность, транспортировку и многие другие. Они являются необходимыми инструментами для решения различных задач, а также обеспечения безопасности и эффективности работы.

  2. Клин — это простой механизм в виде призмы, рабочие поверхности которого сходятся под острым углом. Используется для раздвижения, разделения на части обрабатываемого предмета. Конструкция клина была создана как примитивный инструмент для разделки дерева и камня. Его использование позволяет более эффективно и точно выполнять работы, связанные с обработкой материалов. Клин также нашел применение в строительстве и сельском хозяйстве. В настоящее время клиновые стали используются в различных отраслях, включая машиностроение, горнодобывающую промышленность и автомобильное производство. Он стал использовать многие элементы управления и машины, где его применение позволяет обеспечить и увеличить мощность.

  3. Винт — это простейший механизм, деталь цилиндрической, конической формы с винтовой поверхностью или лопастями. Резьба винта, в сущности, представляет собой другой простейший механизм - наклонную плоскость, многократно обёрнутую вокруг цилиндра. Первые упоминания о винтах можно найти в древних цивилизациях, таких как Египет и Месопотамия, где они использовались для подъема воды и перемещения твердых предметов. Однако первые винты были простыми и не соответствовали резьбе. С развитием технологий и научных исследований винты стали более сложными и совершенными. В 15-16 веках в Европе были разработаны первые стандарты резьбы и винтовых принципов. В 18 веке винты стали широко использоваться в промышленности, особенно в машиностроении и судостроении. Одним из важных моментов в истории создания винта было изобретение линейного винта в 19 веке. Линейный винт представляет собой винтовую резьбу, которая перемещается вдоль оси, что позволяет преобразовывать вращательное движение винта в линейном движении. Сегодня винты широко применяются в различных областях, включая машиностроение, автомобильную промышленность, аэрокосмическую отрасль и многие другие. Они выбирают свою роль в передаче силы, регулировании движения и создании механических систем. Таким образом, история создания винта связана с эволюцией технологий и человечества, и они продолжают оставаться важной составляющей современного мира.

  4. Рычаг—  простейший механизм, представляющий собой балку, вращающуюся вокруг точки опоры. История создания рычага ухода в глубокую древность. Первые упоминания о рычаге можно найти в древних текстах, таких как «Механика» Архимеда, написанных в третьем веке до нашей эры. В этом трактате Архимед излагает принципы работы рычага и его применение в различных механических устройствах. Однако идея использования рычага была утеряна и применена задолго до Архимеда. Древние цивилизации, такие как древние египтяне и древние греки, использовали рычаги в строительстве, сельском хозяйстве и других областях. С течением времени рычаги стали широко применяться в различных сферах, включая машиностроение, автомобильную промышленность, строительство и многое другое. Современные технологии и материалы позволяют создавать более эффективные и прочные рычаги, которые позволяют их массовое потребление в современном мире.

  5. Ворот— это простой механизм, представляющий собойгоризонтальный цилиндр, вращающийся в цапфах, с колесом на конце, предназначенный для создания тягового усилия на тросе. Ворот — синоним простейшей лебёдки. Ворот, как и блоки, основан на принципе рычага. В более широком смысле воротом называют рычаг для создания крутящего момента, совершающий при работе полный оборот.

  6. Блок — это простое механическое устройство, позволяющее регулировать силу. Представляет собой колесо с жёлобом по окружности, вращающееся вокруг своей оси: жёлоб предназначен для каната, цепи, ремня и т. п. Блоки делятся на два типа: подвижный и неподвижный.

  1. Неподвижный блок — ось блока в обоймах, закреплённых на балке или стене: меняет направление

  2. Подвижный блок — ось блока в обоймах, к которым прикрепляется груз, и блок вместе с ними, который не закреплен неподвижно. Такой блок позволяет прилагать меньшую силу для подъема, чем вес груза.

Подвижный и нeподвижный блoк - тaкиe жe дpeвнeйшиe пpocтыe мexaнизмы, кaк и pычaг. Ужe в 212 г. дo нашей эpы c пoмoщью кpюкoв и зaxвaтoв, coeдинeнныx c блoкaми, cиpaкузцы зaxвaтывaли у pимлян cpeдcтвa ocaды. Coopужeниeм вoeнныx мaшин и oбopoнoй гopoдa pукoвoдил Apxимeд.

  1. Простые механизмы в современном мире

Наклонная плоскость (Рис.1) — в современном мире наклонная плоскость имеет широкое применение в различных областях. Одним из примеров использования наклонной плоскости является строительство и инженерные работы. Наклонные плоскости используются для создания склонов и подъемов на дорогах, железных дорогах и аэропортах, обеспечивая безопасное движение транспорта. Они также применяются в строительстве лестниц, рамп и подъемных механизмов для облегчения перемещения людей и грузов.

В других отраслях, таких как физика и механика, наклонные плоскости используются для изучения силы трения и механического равновесия. Они помогают исследователям и инженерам понять, как объекты перемещаются и взаимодействуют друг с другом под воздействием гравитации и других сил.

Также наклонные плоскости могут использоваться в спортивных тренировках и фитнесе для создания различных упражнений, например, подъемов и спусков, которые требуют дополнительного усилия и развития определенных групп мышц.

В целом, наклонные плоскости являются важным инструментом в различных областях и предоставляют возможности для улучшения безопасности, эффективности и функциональности различных процессов и упражнений.

Рис. 1 Примеры наклонной плоскости

Клин(Рис.2)— Применение клина в современном мире может быть разнообразным и включать следующие области:

Строительство: Клин используется для разделения и фиксации материалов, таких как дерево, камень или металл. Например, при установке дверей или окон, клин может использоваться для выравнивания и удержания элементов в нужном положении.

Производство: В промышленности клин может применяться для разделения или разъединения деталей или компонентов. Например, в автомобильной промышленности клин может использоваться для снятия колес или разборки механизмов.

Сельское хозяйство: В сельском хозяйстве клин может использоваться для разделения или разрушения почвы, а также для фиксации сельскохозяйственных инструментов или оборудования.

Медицина: В некоторых медицинских процедурах клин может использоваться для разделения или поддержки тканей или органов.

Рис. 2 Примеры клина

Винт(Рис.3)

Примеры применения винта включают:

Винтовые подъемники: Винты используются в подъемных механизмах, таких как лифты и подъемные платформы. Они позволяют преобразовывать вращательное движение в вертикальное подъемное движение.

Винтовые зажимы: Винты используются в зажимах для фиксации предметов. Они позволяют легко и надежно закрепить предметы, обеспечивая силу зажима.

Винтовые насосы: Винты используются в насосах для перемещения жидкостей или газов. Они создают давление и преобразуют вращательное движение в поток жидкости или газа.

Винтовые приводы: Винты используются в приводах для передачи движения и силы. Они могут использоваться в различных механизмах, таких как автомобильные приводы, ручные инструменты и промышленные машины.

Рис. 3 Примеры винта

Рычаг(Рис.4)

Примеры применения рычагов включают:

Дверные ручки: Рычаги используются в дверных ручках для удобного открывания и закрывания дверей. Приложение силы на одном конце рычага позволяет легко перемещать дверь.

Кухонные ножницы: Рычаги используются в кухонных ножницах для облегчения резания и разделки пищевых продуктов. Рычаги увеличивают силу, приложенную к лезвиям ножниц, что делает процесс более эффективным.

Автомобильные тормоза: Рычаги используются в системе автомобильных тормозов для передачи силы от педали тормоза к тормозным колодкам. Рычаги позволяют водителю применять достаточную силу для остановки автомобиля.

Маятники в часах: Рычаги используются в маятниках часов для обеспечения регулярного и точного движения стрелок. Рычаги помогают поддерживать постоянную амплитуду колебаний маятника.

Рис. 4 Примеры рычага

Ворот(Рис.5)

Примеры применения воротов включают:

Лебедки: Лебедка – это более усовершенствованный вариант ворота. Лебёдки предназначены, в основном, для подъёма груза по вертикали, но иногда используются и для перемещения груза по горизонтали. Также могут быть электрическими.

Педальный транспорт: Если рассматривать на примере велосипеда ворот используется в педальном механизме. Нажатие на педали приводит во вращение звезду, которая в свою очередь через цепь вращает заднюю звездочку и соответственно колесо.

Шестеренки: Шестеренки тоже являются своего рода блоками. Множество шестеренок собирают в более сложные механизмы, где они передовая энергию вращения друг другу приводят в действие весь механизм.

Рис. 5 Примеры ворота

Блок(Рис.6)

Примеры применения блоков включают:

Блочные тренажеры: В блочных тренажерах блоки используются для фиксированного направления прилагаемых усилий. Такое устройство уменьшает риск возникновения травм.

Подъемные краны: В подъемных кранах используется система блоков (полиспаст) для значительного выигрыша в силе и скорости работы.

Рис. 6 Примеры блока

  1. Практическая часть

Почему для проекта выбран полиспаст

Выбор пал на него не случайно, из всех приведенных выше простых механизмов система блоков является самой сложной в понимании и освоении. Я решил собрать полиспаст таким образом, потому что именно в таком виде можно нагляднее всего рассмотреть в действии “Золотое правило механики”.

Создание

Любая рукодельная работа начинается с поиска сырья и моя не стала исключением. В первую очередь я подготовил материалы (рис. 7), из которых собственно и будет сделана система блоков.

Рис. 7 Материалы

Далее я обработал детали (рис. 8) до пригодного к сборке вида: отпилил лишние части, подогнав их по размеру, отшлифовал их для получения гладкой поверхности и покрасил для получения приятного глазу цвета.

Рис. 8 Обработка деталей

После подготовки деталей к пригодному для использования виду следовало собрать их в надежную конструкцию (рис. 9). Для этого я использовал уголки с внутренней части каркаса для большей надежности.

Рис. 9 Промежуточный сбор конструкции

В завершении идет самая сложная часть — нужно расположить блоки на своих местах, подобрав нужную длину веревки, так чтобы подвижные блоки не конфликтовали между собой (Рис. 10).

Рис. 10 Полиспаст в сборке

  1. Вывод

Подводя итоги можно сказать, что мой проект удался. Во-первых, я многое узнал о, казалось бы, самых простых механизмах не только в плане исторического факта, но и в плане применимости их в современном мире, изучил много разной литературы по теме. Во-вторых, и это самое главное - собрал рабочую модель полиспаста, легкую в использовании, понятную в освоении и на которой наглядно можно рассмотреть суть “Золотого правила механики” – этим решается проблема проекта и этим подтверждается выдвинутая мною гипотеза. В связи с чем, думаю, моя работа будет интересна любому, который хоть немного увлечен механической физикой.

  1. Список литературы

  1. Википедия, https://ru.wikipedia.org , https://ru.wikipedia.org/wiki/Заглавная_страница

  2. Фоксворд, https://externat.foxford.ru ,https://externat.foxford.ru/polezno-znat/wiki-fizika-prostye-mekhanizmy

  3. Дзен, Простые механизмы в физике, https://dzen.ru/a/YoVKOghVvGtq9woU

Просмотров работы: 387