Maszyny proste. W razie potrzeby Edukatorzy chętnie udzielą pomocy.

Transkrypt

1 Maszyny proste Drogi Nauczycielu! Witamy serdecznie w Centrum Nauki Experyment. Przygotowana dla uczniów karta pracy zawiera pytania dotyczące stanowisk znajdujących się na sali wystawienniczej. Zadaniem dzieci jest skorzystanie z wymienionych stanowisk razem z nauczycielem oraz udzielenie odpowiedzi na pytania. W razie potrzeby Edukatorzy chętnie udzielą pomocy. STANOWISKA WYKORZYSTANE W KARCIE PRACY: Elektrownia zbiornikowa Śruba Archimedesa Ja, Herkules Zębata układanka Grawitacyjna zagadka Podnieś samochód Życzymy przeżycia wspaniałej i naukowej przygody! Poniżej przedstawiono przykładowe odpowiedzi do zadań. Maszyny proste to urządzenia, które pozwalają na użycie niewielkiej siły przy podnoszeniu, przesuwaniu ciężarów lub rozszczepianiu materiałów poprzez zwiększenie drogi, na której wykonywana jest praca. Warto zapamiętać, że maszyny proste nie zmniejszają pracy potrzebnej do wykonania danej czynności, a jedynie ułatwiają człowiekowi jej wykonanie. Często się zdarza, że maszyny proste stanowią elementy składowe maszyn bardziej skomplikowanych. Na naszej wystawie znaleźć można kilka przykładów tych maszyn, które poznasz, wykonując szereg zadań z nimi związanych. Powodzenia! Edukatorzy 1. Podejdź do stanowiska: Elektrownia zbiornikowa Kołowrót służy do podnoszenia i opuszczania ładunku zawieszonego na linie (lub łańcuchu) przez nawijanie jej na obracający się wał, napędzany korbą. Taki mechanizm znany jest np. ze studni, gdzie za pomocą korby, wiadro jest do studni opuszczane i podnoszone do góry. Dawniej używany był również w kopalniach. Na zasadzie kołowrotu działa również koło wodne na wystawie Hydroświat. Zadaniem tego urządzenia jest przetransportowanie wody dostarczonej przez Śrubę Archimedesa. W podobny sposób działają koła użyte w stanowisku Elektrownia zbiornikowa. Tutaj mamy do czynienia z kołem nasiębiernym i podsiębiernym. Nasiębierne napędzane jest wodą z podłączeniem zasilania wodnego od góry, podsiębierne natomiast, napędzane jest energią z płynącej wody i przepływającej od spodu. Które z kół na stanowisku Elektrownia zbiornikowa kręci się szybciej i dlaczego? Zaznacz na poniższych rysunkach kierunek przepływu wody, rodzaje energii działającej na koła i miejsca, gdzie energia zaczyna działać na koła.

2 Dla ułatwienia: do wyboru jest energia potencjalna i kinetyczna. Względem jednego koła następuje przyłożenie obu rodzajów energii, w drugim kole działa tylko jedna. To jednak jeszcze nie wszystkie aspekty działające na koła przy tym stanowisku. Odpowiedź: Szybciej kręci się pierwsze koło (nasiębierne). Wykorzystuje zarówno energię płynącej wody (energię kinetyczną) jak i energię różnicy poziomów, tzw. spadu (energię potencjalną). W przypadku drugiego koła (podsiębierne) wykorzystywana jest jedynie energia kinetyczna. Na czerwono zaznaczono miejsce, w którym energia zaczyna działać na koła (miejsce pierwszego kontaktu wody z kołem). Na niebiesko zaznaczono kierunki przepływu wody. 2. Podejdź do stanowiska: Śruba Archimedesa : Śruba jest maszyną prostą, używaną od czasów starożytnych do nawadniania kanałów irygacyjnych, podnoszenia wody. W czasie pracy, dolny koniec śruby zanurzony jest w wodzie, a obrót śruby wymusza jej ruch do góry. Wynalazek ten przypisywany jest Archimedesowi, greckiemu filozofowi, przyrodnikowi i matematykowi. W Holandii służył on do osuszania terenów położonych poniżej poziomu morza. Obecnie ze względu na takie zalety, jak: nieczułość na zanieczyszczenia, odporność na niskie temperatury oraz niezawodność działania, coraz częściej wykorzystuje się go do podnoszenia ścieków. Zastosowanie śruby jako maszyny prostej jest rozpowszechnione w każdej dziedzinie życia człowieka. Używana jest w przemyśle. Czy można sobie wyobrazić konstrukcję jakiejkolwiek maszyny bez użycia śrub? Wyjaśnij, w jaki sposób przebiega transport wody w górę za pomocą śruby. Maszyna umieszczona jest pod kątem do podłoża w ten sposób, że jeden jej koniec znajduje się w wodzie. Gdy śrubę obraca się w odpowiednią stronę, tworzą się kieszonki, dzięki którym woda jest podnoszona ku górze.

3 3. Podejdź do stanowiska: Ja, Herkules Archimedes użył słów: Dajcie mi dostatecznie długą dźwignię i punkt podparcia, a poruszę Ziemię. Chciał tymi słowami pokazać, iż dźwignia jest bardzo potężnym i użytecznym narzędziem. Jednym z najprostszych przykładów dźwigni jest łom. Urządzenia wykorzystujące zasadę dźwigni, są potocznie często nazywane lewarkiem, od angielskiego terminu lever, oznaczającego dźwignię. Ze sztuk walki, znany jest chwyt dźwignia, wykorzystujący tę samą zasadę. Klamka, dziadek do orzechów, klamka hamulcowa roweru, taczka, obcęgi to tylko kilka przykładów licznych zastosowań dźwigni. Pomnożenie drogi przez siłę jest wielkością określającą pracę. Kiedy należy użyć większej siły, aby na stanowisku Ja Herkules podnieść osoby siedzące? Większej siły należy użyć w przypadku liny powieszonej bliżej ciężaru. Im mniejsze ramię działania tym większej siły musimy użyć, aby podnieść ciężar zasada dźwigni. 4. Podejdź do stanowiska: Zębata układanka Maszyna prosta: przekładnia zębata, obrotowa. Dzięki odpowiednio ułożonym, zazębiającym się kołom, przenosimy moc. Dzięki temu Pan Kulka porusza oczami. Zębatki znajdziemy również... u owadów! Pewien gatunek pluskwiaka posiada je umiejscowione na tylnych odnóżach. Umożliwiają one ich precyzyjną synchronizację podczas skoku. Nasza Zębata układanka to tak naprawdę wielostopniowa, zębata, przekładnia mechaniczna. Przekładnie są maszynami prostymi przenoszącymi siłę i ruch. Ułatwiają one pracę przez zwielokrotnienie efektu przyłożonej siły. Składają się z kół zębatych, zachodzących na siebie tak, że obrót jednego, powoduje obrót drugiego. Jest to urządzenie, w którym zastosowano połączenia mechaniczne, w celu przekazania mocy i zmiany parametrów ruchu. Przeniesienie napędu odbywa się za pośrednictwem wzajemnie zazębiających się kół zębatych, w których szeregowo pracuje wiele par kół zębatych. Podaj przykład urządzenia, w którym są używane koła zębate. Przykłady: zegarek mechaniczny, dynamo rowerowe, mikser 5. Podejdź do stanowiska: Grawitacyjna zagadka Przyjrzyj się torowi, po którym porusza się bryła. Czy jego kształt coś Ci przypomina?

4 Tak, jest to rodzaj równi pochyłej. Znajduje ona zastosowanie wszędzie tam, gdzie trzeba przez pewną różnicę poziomów przetransportować jakiś ładunek. Równia pochyła to również schody. W naszej równi pochyłej tkwi zagadka do rozwiązania: Dlaczego bryła toczy się pod górę? Aby to zrozumieć, przyjrzyj się toczącej bryle mając wzrok skierowany bezpośrednio na jej środek ciężkości (środek ciężkości tej bryły wyznacza metalowy pręt w środku bryły). Patrząc z boku na środek ciężkości zauważysz, że bryła zmienia swoje położenie. Taki ruch bryły umożliwia jej kształt oraz specyficzna budowa toru, po którym się toczy. G = 6, Ile wynosi stała grawitacyjna działająca na Ziemi? -11 m 3 /kg s 2, (Stała grawitacji to stała fizyczna służąca do opisu pola grawitacyjnego.) 2. Zaznacz strzałkami na poniższym rysunku rzeczywisty kierunek ruchu bryły.

5 6. Podejdź do stanowiska: Podnieś samochód Stanowisko to działa dzięki wielokrążkom. Jest to układ cięgien i krążków umożliwiający przełożenie siły, dzięki któremu można np. podnieść duży ciężar, działając mniejszą siłą. Wielokrążek ma zastosowanie wszędzie tam, gdzie trzeba podnieść duże ciężary przy użyciu małych silników lub rąk ludzkich: warsztaty mechaniczne, hale produkcyjne. Stanowisko Podnieś samochód działa na zasadzie wielokrążka zwykłego. Wielokrążek zwykły to rodzaj wielokrążka, w którym krążki są połączone jeden za drugim. Innymi słowy: im więcej odcinków cięgna między krążkami, tym lżej będzie się podnosić samochód. Praca wykonana przy użyciu trzech krążków w wielokrążku będzie taka sama, jak przy jednym wielokrążku. Człowiek podnoszący samochód przy użyciu trzech krążków, będzie używał (trzykrotnie) mniejszej siły, ale będzie kręcił dłużej, bo będzie musiał użyć (trzykrotnie) dłuższej liny (trzech odcinków cięgien). P- Siła niezbędna do uniesienia ciężaru Q k - liczba odcinków cięgna przebiegających pomiędzy zbloczami (zespołami krążków). Analogicznie do poniższych przykładów: ile powinna wynosić siła w jednym odcinku cięgna w podpunkcie 4? Zapisz na rysunku. 25 N 25 N