简单机械在生产生活中的应用
安 徽 省 束 义 福
简单机械要生产、生活中的应用随时可见无得不有,小到指甲刀、摄子、大到起重机吊臂、火车车轮;从人们每天多次使用的筷子,到大家经常开关门窗。它的广泛使用,给人们提供了很多方便,带来了不少好处。仅举以下几例,请你欣赏它的功用时,也好好想想其格理。
一、省力杠杆的应用
铁路工作用“道钉撬” 撬枕木上的道钉,常在撬柄上套一根铁管,增加动力臂,从而减少动力,达成省力,较容易起道钉的目的。工人师傅起螺丝或紧固螺丝,常在扳手柄上加“套筒杆”,又称“加力杆”,同样达成省力和紧固螺丝的效果。
骑自行车时,只要在刹车手把上轻轻用力,就能使自行车很快停下来,这是因为省力刹车手相当于省力杠杆。
修剪花木和剪铁皮的剪刀是省力杠杆,因花木枝条(或铁皮)较硬,需要很大的力才能将其剪断,所以手柄做得长些,使动力臂较长,剪起来就比较省力。
二、费力杠杆的应用
裁缝师傅用剪布的剪刀是费力杠杆,这是因为布是软的,不需要很大的力也可剪开,把剪刀口做长些,手指只要在很小的范围内活动,剪刀就能大幅度地张开闭合,一刀可剪较长的布,这样即可以将布剪齐,又可以提高工作效率。理发剪刀也是同样的原理和功用。
钓鱼时使用钓鱼杆,也是费力杠杆,这样可以使活动范围大,起钓灵便快速。
三、等臂杠杆的应用
最典型的等臂杠杆——天平,能准确地测量质量。根据杠杆平衡条件F1L1 =F2L2,而G=mg又L1=L2,,于是有m2gL2,因此,m1= m2,所以,天平平衡时,所选用的砝码质量就等于物质质量。
家庭用的一般剪刀,不是专用剪刀,考虑到多种用途,手柄和刀口的长度一般相差无几,几乎是等臂杠杆。
做一做,想一想
利用不等臂杠杆(木板)称体重
在侧放的砝上放一块稍宽稍厚的长2——3米的木板,调节位置使木板在砝上平衡,其目的是使板重不影响称重。一人站在另一端的离支点最远得放(叠放)砖头,直至木板平衡为止。用米尺分别测出支点到人及砖块中心的距离,然后称出砖块的交响总质量。最后根据所学的杠杆平衡条件就可以将人的质量算出。从而得出人的体重。不妨实际做一做,再去医务室称一称体重,比较一下相差多少。
幼儿园里小朋友在做翘板运动时,当两人的体重相等时,翘板相当于什么杠杆?当两人的体重不相等时,又相当于杠杆?体重的小朋友应离支点远些还是近些?为什么?
四、轮轴的应用
方向盘、磨刀用的沙轮都是轮轴,但所起的作用不同。方向盘是动力加在轮缘上,阻力作用在轴上,由杠杆平衡条件知,F1R= F1r,因
R﹥r,所以F1﹥F2,因此可以省力,但动力要通过的距离较大。而沙轮,动力加上轴上阻力作用在边缘上,同理,由杠杆平衡条件:
F1’R’= F1’r’,因R’﹤r’,所以F1﹥F2,因此费了力,但却省了距离,能加快磨刀。
如图1所示,自行车后轮和小齿轮组成一个轮轴,链条作用在小齿轮来说是动力,而小齿轮相当于轴,地面作用在轮上的力是阻力,由于轮半径R大于小齿轮半径r,所以力F大于f,动力作用在轴上费力,但可省距离。
五、滑轮组的应用
汽车若陷入泥坑,附近如果有大树等物,可用如图2所示装置将汽车从泥坑中拖出来,动力F是阻力f的三分之一。
想一想 试一试
利用滑轮安装简易开、闭窗帘。
先用铁钉窗穿过滑轮的孔(其中一枚穿过两个轮,另一钉穿过一个轮)并钉过定位木块(见图3),然后把它们分别钉在窗的左、右上角适当位置(使用时起定滑轮作用,达到改变拉绳运动方向的目的),整个装置简图见图4,其中a、b为图穿过钢管,然后让钢管离墙约1厘米左右,连同c、d两个圈分别固定在钉a、b上,e、f两点表示圈与绳固定在一起。当向下拉外侧绳可打开窗帘;拉内侧绳将窗帘关闭。
六、斜面的应用
利用斜面可省力又方便地将重物运送到高处。
如图5,设光滑斜面高h=5米,长L=15米,
将1200牛的重物送到斜面顶端。由功的原理:
FL=Gh,得
可见用斜面省力。为了把木桶沿光滑斜面拉上平台
可以将绳子缚在木桶上向上拉如图6,也可以将绳子
一端固定在平台上,而将另一端跨过木桶向上拉,
如图7。把木桶沿斜面拉上平台需要克服阻力。
按图6所示,只有两根绳子承担全部阻力,按图7所示,
有四根绳子承担全部阻力,而且变滑动为滚动,所以按图7所示方法更省力。
七、机械组合的应用
如图8所示,用水平推力F把木块沿光滑水平百向右推,使重为
G=1200N物体经过轮无摩擦地顶至高端,则F大小应为多大?(h=5米,L=13米)。
由功的原理FS=Gh,即:
因此可见,使用这类机械组合可以省力。
想一想 说一说
如图9所示是自行浮子调节器,可以用来调节锅炉和水箱等容器里水的水位,请想一想它的原理,并说一说它的工作过程。
用杆秤自测秤锤的重力(或质量)。
1、代替法:先用一个装有水料袋代替秤锤,挂在“起花”处,即零刻度处,增减袋中的水量,使杆秤平衡,则这袋与水的总质量同秤锤质量相等,再用这袋和水代替秤锤,而秤锤当作被称物,称出锤的质量。
2、量度法:用线量出秤纽A点到秤钩0点之间的距离A0,再在秤杆上从“起花”起量出此线段A0的刻度值,这个对应的刻度值就是秤锤的质量。
以上两法实际上利用简单机械的什么原理,请你想一想,试一试,并说一说道理。
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