テクノロジー、日常生活、自然におけるレバー
レバー - 小さな力で大きな力のバランスを取ることができる最も単純な機構。 固定されたサポートの周りを回転する剛体です。 レバーテクニックを使用する性質
レバーは、長いアームにかかる力を少なくして短いアームにより多くの力を得る (または、短いアームの動きを少なくして長いアームに多くの動きを与える) ために使用されます。 レバーアームを十分に長くすることで、理論的にはあらゆる力を発生させることができます。
多くの場合、 日常生活次のような単純なメカニズムを使用します。
- *傾斜面、
- *ブロックを使用して、
- ※クサビやネジも使用します。
人が必要とする力を軽減するために、鍬やパドルなどの道具が使用されました。 Steelyard により、力のレバレッジを変更できるようになり、秤の使用がより便利になりました。 日常生活で使用される複合レバーの例としては、爪切りが挙げられます。 クレーン、エンジン、ペンチ、ハサミ、その他何千もの機構やツールの設計にレバーが使用されています。
レバーは日常生活でもよく使われます。 しっかりとねじ込まれたものを開けるのははるかに困難です。 給水栓、3〜5 cmのハンドルがなかった場合、これは小さいですが非常に効果的なレバーです。 ボルトやナットを緩めたり締めたりするために使用するレンチも同様です。 レンチが長いほど、このナットを緩めるのが簡単になり、逆に、より強く締めることができます。 各種機構、自動車、工作機械の修理など、特に大きくて重いボルトやナットを扱う場合は、柄が1メートルまでのレンチを使用してください。
別の 輝く例日常生活で最も一般的なドアはレバーです。 ヒンジの近くを押してドアを開けてみてください。 ドアは非常に強く折れます。 しかし、遠ざかるほど ドアヒンジ力がかかる位置が特定されると、ドアを開けるのが容易になります。
棒高跳びもすごいですね 明確な例。 長さ約 3 メートルのレバーを使用します (走り高跳びのポールの長さは約 5 メートルです。したがって、ジャンプの瞬間のポールの曲がりから始まるレバーの長いアームは約 3 メートルです)。力を正しく加えると、アスリートは最大 6 メートルの目もくらむような高さまで飛び上がります。
例としては、ハサミ、ワイヤー カッター、金属切断ハサミなどがあります。 レバー さまざまな種類多くのマシンで利用可能: ハンドル ミシン、自転車のペダルやハンドブレーキ、ピアノの鍵盤などはすべてレバーの例です。 スケールもレバーの一例です。
古来より、単純な機構を組み合わせて、さまざまな組み合わせで使用することが多くありました。
結合機構は 2 つまたは もっと単純。 それは必ずしも複雑なデバイスである必要はありません。 多くの非常に単純なメカニズムを組み合わせて考えることもできます。
たとえば、肉挽き器には、ゲート (ハンドル)、ネジ (肉を押す)、くさび (切断ナイフ) があります。 矢 腕時計互いに噛み合う異なる直径の歯車システムによって回転します。 最も有名な単純な複合機構の 1 つはジャックです。 ジャッキはネジとゲートを組み合わせたものです。
動物や人間の骨格では、ある程度自由に動くすべての骨がレバーになっています。 たとえば、人間の場合、腕と脚、下顎、頭蓋骨、指の骨です。 猫の場合、レバーは可動式の爪です。 多くの魚の背びれには棘があります。 節足動物では - 外骨格のほとんどの部分。 二枚貝、貝弁では。 骨格レバー機構は主に、強度を失いながら速度を上げるように設計されています。 特に昆虫では速度が大幅に向上します。
興味深いレバー機構は、一部の花 (セージの雄しべなど) や一部の裂開果実にも見られます。
たとえば、人や動物の骨格や筋骨格系は、数十、数百のレバーで構成されています。 肘関節を見てみましょう。 橈骨と上腕骨は軟骨でつながっており、上腕二頭筋と上腕三頭筋も軟骨でつながっています。 したがって、最も単純なレバー機構が得られます。
3kgのダンベルを手に持つと、どれくらいの力が筋肉に発達しますか? 骨と筋肉の接合部は骨ごとに1対8の比率で分割されているため、筋肉は24kgの力を発揮します。 私たちは自分たちよりも強いことがわかりました。 しかし、私たちの骨格のてこシステムでは、私たちの力を十分に発揮することができません。
明確な例はさらにあります 成功したアプリケーション体の筋骨格系におけるてこ作用の利点は、多くの動物 (あらゆる種類の猫、馬など) における後膝の逆向きです。
彼らの骨は私たちよりも長く、後ろ足の特殊な構造により、筋肉の力をより効率的に使用できます。 はい、間違いなく、彼らの筋肉は私たちよりもはるかに強いですが、体重は桁違いに重いです。
平均的な馬の体重は約450kgで、約2メートルの高さまで簡単にジャンプできます。 あなたも私も、体重は馬の 8 ～ 9 分の 1 ですが、そのようなジャンプを実行するには、走り高跳びのスポーツの達人である必要があります。
ハイジャンプについて思い出したので、人間が発明したレバーを使用するためのオプションを考えてみましょう。 高い金庫 非常にわかりやすい例です。
長さ約3メートルのレバーを使用します（走り高跳び用のポールの長さは約5メートルですので、ジャンプの瞬間のポールの曲がりから始まるレバーの長い腕は約3メートルです）。力を正しく加えると、アスリートは最大 6 メートルの目もくらむような高さまで飛び上がります。
日常生活のレバー
レバーは日常生活でもよく使われます。 小さくても非常に効果的なレバーである 3 ～ 5 cm のハンドルがなかったら、しっかりとねじ込まれた水道の蛇口を開けるのははるかに困難になります。
ボルトやナットを緩めたり締めたりするために使用するレンチも同様です。 レンチが長いほど、このナットを緩めるのが簡単になり、逆に、より強く締めることができます。
各種機構、自動車、工作機械の修理など、特に大きくて重いボルトやナットを扱う場合は、柄が1メートルまでのレンチを使用してください。
日常生活におけるレバーのもう 1 つの顕著な例は、最も普通のドアです。 ヒンジの近くを押してドアを開けてみてください。 ドアは非常に強く折れます。 ただし、力がかかる位置がドアのヒンジから離れるほど、ドアを開けるのが容易になります。
はさみ。
これは、回転軸がハサミの両方の半分を接続するネジを通過する単純なハサミ機構の一例です。 建設現場で荷物を持ち上げるためにブロックを使用します。
ウインチまたはレバーは、井戸から水を汲み上げるために使用されます。 丸太に打ち込まれたくさびは、ハンマーがくさびを叩くよりも大きな力で丸太を押し広げます。
レバー（織機で使用される、 蒸気機関内燃機関では）、ネジ（ドリルの形で使用）、レバー（釘抜きの形で使用）、ピストン（ガス、蒸気、または液体の圧力を機械的仕事に変える）。
レバーは世界で最も一般的で単純なタイプの機構の 1 つであり、自然界と人間が作成した人工世界の両方に存在します。
人間の体はレバーのようなもの
たとえば、人や動物の骨格や筋骨格系は、数十、数百のレバーで構成されています。 肘関節を見てみましょう。 橈骨と上腕骨は軟骨でつながっており、上腕二頭筋と上腕三頭筋も軟骨でつながっています。 したがって、最も単純なレバー機構が得られます。
3kgのダンベルを手に持つと、どれくらいの力が筋肉に発達しますか? 骨と筋肉の接合部は骨ごとに1対8の比率で分割されているため、筋肉は24kgの力を発揮します。 私たちは自分たちよりも強いことがわかりました。 しかし、私たちの骨格のてこシステムでは、私たちの力を十分に発揮することができません。
身体の筋骨格系におけるてこ作用の利点をよりうまく応用した明らかな例は、多くの動物 (あらゆる種類の猫、馬など) の逆向きの後膝です。
彼らの骨は私たちよりも長く、後ろ足の特殊な構造により、筋肉の力をより効率的に使用できます。 はい、間違いなく、彼らの筋肉は私たちよりもはるかに強いですが、体重は桁違いに重いです。
平均的な馬の体重は約450kgで、約2メートルの高さまで簡単にジャンプできます。 あなたも私も、体重は馬の 8 ～ 9 分の 1 ですが、そのようなジャンプを実行するには、走り高跳びのスポーツの達人である必要があります。
ハイジャンプについて思い出したので、人間が発明したレバーを使用するためのオプションを考えてみましょう。 高い金庫 非常にわかりやすい例です。
長さ約 3 メートルのレバーを使用します (走り高跳びのポールの長さは約 5 メートルです。したがって、ジャンプの瞬間にポールの曲がりから始まるレバーの長い腕は約 3 メートルになります)。力を加えると、アスリートは最大 6 メートルの目もくらむような高さまで舞い上がります。
日常生活のレバー
レバーは日常生活でもよく使われます。 小さくても非常に効果的なレバーである 3 ～ 5 cm のハンドルがなかったら、しっかりとねじ込まれた水道の蛇口を開けるのははるかに困難になります。
ボルトやナットを緩めたり締めたりするために使用するレンチも同様です。 レンチが長いほど、このナットを緩めるのが簡単になり、逆に、より強く締めることができます。
各種機構、自動車、工作機械の修理など、特に大きくて重いボルトやナットを扱う場合は、柄が1メートルまでのレンチを使用してください。
日常生活におけるレバーのもう 1 つの顕著な例は、最も普通のドアです。 ヒンジの近くを押してドアを開けてみてください。 ドアは非常に強く折れます。 ただし、力がかかる位置がドアのヒンジから離れるほど、ドアを開けるのが容易になります。
テクノロジーにおけるレバー
当然のことながら、レバーもテクノロジーのいたるところに存在します。 最もわかりやすい例車のシフトレバー。 レバーの短いアームはキャビン内で見える部分です。
レバーの長いアームは車体の底面に隠れており、短いアームの約2倍の長さがあります。 レバーをある位置から別の位置に動かすと、ギアボックス内の長いアームが対応する機構を切り替えます。
ここでは、レバーアームの長さ、ストロークの範囲、レバーを動かすのに必要な力が相互にどのように関係しているのかも非常に明確にわかります。
例えば、スポーツカーでは、より速くギアを変更するために、レバーは通常短く取り付けられており、その移動範囲も短くなります。
ただし、この場合、ドライバーはギアを変更するためにさらに努力する必要があります。 逆に重量車では機構自体が重くなるためレバーが長くなり、その移動範囲も乗用車に比べて長くなります。
このように、テコの仕組みは自然界や私たちの日常生活、さまざまな仕組みに広く浸透していることがわかります。
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前のトピック: 力のモーメント: ルールと適用次のトピック: レバーの平衡の法則のブロックへの適用: 力学の黄金律
プラン：
- 導入
- 1. 歴史
- 2 動作原理
- 3 コンパウンドレバー
- 4種類のレバー ノート
文学
導入
レバーを使用すると、短い端に大きな力がかかり、長い端にはほとんど力がかかりません
レバーアーム- もっとも単純な 機械装置、支点の周りを回転する剛体 (クロスバー) です。 支点の両側のクロスバーの側面はレバーアームと呼ばれます。
レバーは、長いアームにかかる力を少なくして短いアームにより多くの力を得る (または、短いアームの動きを少なくして長いアームに多くの動きを与える) ために使用されます。 レバーアームを十分に長くすることで、理論的にはあらゆる力を発生させることができます。
他の 2 つの最も単純な機構、ゲートとブロックもレバーの特殊なケースです。
1. 歴史
人類は先史時代にレバーを使い始め、その原理を直感的に理解しました。 人が必要とする力を軽減するために、鍬やパドルなどの道具が使用されました。 紀元前 5 千年紀、メソポタミアではてこの原理を利用してバランスをとる天秤が使用されていました。 その後、ギリシャで製鉄所が発明され、力の影響力を変えることが可能になり、秤の使用がより便利になりました。 紀元前1500年頃 e. エジプトとインドでは、水を入れた容器を持ち上げるための装置である現代の蛇口の祖先であるシャドゥフが登場します。
1842 年にロンドンで発行された『Journal of Mechanics』からの彫刻で、アルキメデスがレバーで地球をひっくり返す様子が描かれています。
当時の思想家がレバーの動作原理を説明しようとしたかどうかは不明です。 最初の文書による説明は紀元前 3 世紀に行われました。 e. アルキメデス、力、荷重、肩の概念を結びつける。 彼によって定式化された平衡の法則は今日でも使用されており、次のように聞こえます。「力を加えるアームによって乗算される力は、荷重を加えるアームによって乗算される荷重に等しい。ここで、力を加えるアームとは、作用点からの距離である。」サポートと荷重適用アームにかかる力 - これは、荷重の適用点からサポートまでの距離です。」 伝説によると、アルキメデスは自分の発見の重要性を認識し、「支点を与えてください。そうすれば地球をひっくり返します！」と叫びました。
1773 年、ジェームス ワットは、力をさらに高めるために使用できる、2 つ以上のレバーを連結して構成される複合レバーのアイデアを提案しました。 日常生活で使用される複合レバーの例としては、爪切りが挙げられます。
で 現代世界テコの原理はあらゆるところで使われています。 変換するほぼすべてのメカニズム 機械式ムーブメント、何らかの形でレバレッジを使用します。 クレーン、エンジン、ペンチ、ハサミ、その他何千もの機構や工具の設計にレバーが使用されています。
2. 動作原理
レバーの図。 釣り合いに F 1 D 1 = F 2 D 2
レバーの動作原理は、エネルギー保存則の直接の結果です。 レバーをΔだけ動かすには h 1 負荷の側面に作用する力は、次の働きをしなければなりません。
.反対側から見れば、反対側に加えられた力が働くはずです
,ここで、Δ h 2は力が加えられたレバーの端の動きです F 2. エネルギー保存則を満たすためには 閉鎖系、作用する力と反対する力の働きは等しくなければなりません。つまり、次のようになります。
, .三角形の相似の法則によれば、レバーの両端の動きの比率は肩の比率に等しくなります。
したがって、 。力と距離の積が力のモーメントであると考えると、てこの平衡原理を定式化できます。 レバーに加えられる力のモーメントの合計 (符号を考慮して) がゼロに等しい場合、レバーは平衡状態にあります。
レバーについても、他の機構と同様に、レバーによって得られる機械的効果を示す特性が紹介されています。 この特性は、負荷と加えられる力の関係を示すギア比です。
.3. 複合レバー
複合レバーは 2 つ以上のシステムです。 シンプルなレバー、1つのレバーの出力が次のレバーの入力となるように接続されています。 たとえば、直列に接続された 2 つのレバーからなるシステムの場合、最初のレバーの入力アームに力が加えられた場合、 F 1、このレバーのもう一方の端では、出力は次のようになります。 F 2、それらはギア比を使用して接続されます。
.この場合、同じ力が 2 番目のレバーの入力アームにもかかります。 F 2、第 2 レバーとシステム全体の出力は次のようになります。 F 3、第 2 ステージのギア比は次のようになります。
.この場合、システム全体、つまり複合レバー全体の機械的効果は、システム全体の入力力と出力力の比として計算されます。つまり、次のようになります。
.したがって、2 つの単純なレバーで構成される複合レバーのギア比は、それに含まれる単純なレバーのギア比の積に等しくなります。
一般に複合レバーで構成されます。 nシンプルなレバー
同じソリューションのアプローチは、一般に n 個のレバーで構成される、より複雑なシステムに適用できます。 この場合、システムには 2n 個のアームが存在します。 このようなシステムのギア比は次の式で計算されます。
,この場合の式からわかるように、複合レバーのギア比は、構成要素のギア比の積に等しいことも事実です。
4月28日、同校はNOU「スペクトラム」の科学的かつ実践的な会議を主催する。
ちょっとした歴史
昔、2005 年に私と学生たちは科学協会「ピタゴラス」を組織し、そこでオリンピックの問題の分析から問題の分析まで、さまざまな活動に従事していました。 研究活動。 毎年、学校から他の数学者を集めて会議を開催し、その後子供たちをナリチクでの会議に連れて行きました。 毎年、私たちの仲間は共和党のコンテストで賞を受賞しました。 すべてはあるべき姿で、私たちには独自の憲章、プログラム、要件がありました。 年末に結果が集計され、NOU の各メンバーに次の学術称号が授与されました。
- 「名誉学者」 - 国際およびロシアの共和国主題のオリンピック、ショー、競技会の勝者および入賞者。
- 「学者」 - 地域および都市の主題のオリンピック、競技会、ショーの勝者。
- 「マスター」 - 勝者へ 学校のコンテスト、ショー、コンテスト。
- 「学士」 - 学校オリンピック、ショー、コンテストの勝者。
当時は誰もが私たちの社会について知っていました。 彼らは賑やかでした。 ナリチクでのカンファレンスで、彼らは私たちに、毎回賞を与えることはできないし、コンテストにたくさんの作品を提出しないことはできないと言ったことがあります。 それも役割を果たしました。 共和党のコンクールの審査員が、子どもたちの前で「あなたの作品は最高だが、複数の順位を与えることはできない」と言ったとき……。
http://alfusja-bahova.ucoz.ru/index/nou_quot_pifagorenok_quot/0-5
ちなみに、科学界で勉強していた人たちは皆、モスクワやサンクトペテルブルクの最高の工科大学に難なく入学し、今では無事に大学を卒業しています。 そして、一人の少女がサンクトペテルブルクの大学に残されました（今は大学の名前を正確に挙げることはできません）。 私は仲間たちを誇りに思っています。
しかし、すべてには終わりが来ます。 そして私たちのNOUも。 この仕事に対して誰も私に何も払ってくれませんでしたが、「あなたにはそのような牛が必要です」とお金を払い始めるとすぐに、私たちの学校には「ピタゴラス」が必要ないことが判明し、新しい社会「スペクトル」を作成しました。すべてが「不注意」に行われる場所では、それについて話したくないです。
ある不愉快な出来事の後、私は子供たちと一緒に学校の会議に参加するのをやめました。
そして今年はサークルのメンバーと一緒に校内会議に行くことにしました。 私たちは水曜日にプロジェクトを開始しました。 しばらく様子を見てみましょう。
次のレッスンでサークルが始まりました 研究プロジェクト「レバー。レバーの種類。人間の日常生活におけるレバー。」
研究活動の目的と目的:
- レバーの構造と動作原理を学びます。
- レゴの物理学とテクノロジーを使用してレバーのメカニズムを組み立てます。
- レバーの性質を調べます。 レバーの平衡状態を調べます。
- クラスメートに質問する。
- 家庭、日常生活、テクノロジー、スポーツ、エンターテイメントにおけるレバレッジの利用法を探ります。
- 結論。
知っていましたか？
「レバー」という用語は、「上げる」を意味するフランス語のlevierに由来しています。
古代以来、人々は仕事を促進するために、人間の力をより大きな力に変えることができるさまざまなメカニズムを使用してきました。 3000年前、ピラミッドの建設中に 古代エジプト重い 石板シンプルな機構を使用して移動および持ち上げられます。
レバーは、力を伝達する役割を果たす硬い棒または固体の物体です。 レバーを操作することで、加える力（力）、移動方向、移動距離を変更できます。 各レバーには必ず力、サポート (または回転軸)、および負荷 (貨物) が含まれています。 彼らの状況に応じて、 相対位置レバーには、第 1 種、第 2 種、および第 3 種があります。
このレッスンでは、デバイスとレバーの動作原理を分解しました。 レゴを使って3種類の「レバー」の仕組みを組み立てました。 私たちは一次調査を試みました。 どのレバーにも支点、力の作用点、荷重の作用点（荷重）があることを学びました。
レバーの種類
第一種レバーでは支点は力と荷重の作用点の間にあります。
最初のタイプのレバーの最も一般的な例は、のこぎり、バール、ペンチ、はさみなどです。
セカンドクラスレバーでは支点と力の作用点は両端にあり、荷重の作用点はその間にあります。 2 番目のタイプのレバーの最も一般的な例は、くるみ割り人形、手押し車、瓶を開けるための鍵です。
3級レバーでは支点と荷重作用点は両端にあり、力作用点はその間にあります。 ほとんど 有名な例第三の種類のレバー - ピンセットと氷バング。
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次の授業でも研究を続けます。
PS. このサイトには多くの優れた物理学者がいます。私たちのプロジェクトに関するアドバイスや推奨事項を喜んで受け取ります。 私はどんな助けも断りません！
レバーは、固定点の周りを回転できる剛体です。 固定点は次のように呼ばれます 支点。 支点から力の作用線までの距離をいいます。 ショルダーこの力。
レバー平衡状態: レバーに力が加わるとレバーは平衡状態になります。 F1そして F2反対方向に回転する傾向があり、力のモジュールはこれらの力の肩に反比例します。 F1/F2 = l2/l1このルールはアルキメデスによって確立されました。 伝説によれば、彼はこう叫んだという。 足がかりを与えてください、そうすれば地球を持ち上げます .
レバーに関しては充実しています « 黄金律» 力学 (レバーの摩擦と質量が無視できる場合)。
長いレバーに力を加えると、レバーのもう一方の端を使用して、この力を大幅に超える重量の荷物を持ち上げることができます。 これは、レバレッジを利用することで権力を高めることができることを意味します。 レバレッジを使用すると、パワーの向上には必然的に途中で同等の損失が伴います。
力の瞬間。 瞬間の法則
力の係数とそのショルダーの積は次のように呼ばれます。 力の瞬間.M = フロリダ ここで、M は力のモーメント、F は力、l は力のてこ比です。
瞬間の法則: レバーを一方向に回転させようとする力のモーメントの合計が、レバーを反対方向に回転させようとする力のモーメントの合計と等しい場合、レバーは平衡状態にあります。 この規則は、固定軸の周りを回転できる任意の剛体に有効です。
力のモーメントは力の回転作用を特徴づけます. この動作は力とそのてこ作用の両方に依存します。 そのため、たとえばドアを開けたいときは、回転軸からできるだけ遠くに力を加えようとします。 小さな力で重要な瞬間が生まれ、扉が開きます。 ヒンジ付近に力を加えて開けるのははるかに困難です。 同じ理由で、ナットは長いレンチを使用すると外しやすく、ネジはハンドルの幅が広いドライバーを使用すると外しやすくなります。
力のモーメントの SI 単位は次のとおりです。 ニュートンメートル (1N*m)。 これは1mの肩を持つ1Nの力のモーメントです。
