Машини та механізми
Машини — рукотворні пристрої, що виконують механічні рухи з метою перетворення енергії та матеріалів.
За характером діяльності машини можна розподілити на декілька груп:
1. Ті, які перетворюють енергію (електротурбіни).
2. Ті, які перетворюють матеріали (металообробні верстати).
3. Транспортні:
а) сухопутні (рейкові — трамваї, метро; нерейкові — автобуси, тролейбуси, легкові автомобілі);
б) водні (підводні — підводні човни, батискафи; надводні — кораблі, катери);
в) повітряні (літаки, вертольоти).
4. Інформаційні (телевізори, годинники, комп’ютери).
Прості механізми
Важіль — тверде видовжене тіло, яке може обертатися навколо нерухомої точки опори.
Застосування важеля
Сили, що діють на важіль
О — точка опори, l1 і l2 — плечі важеля, F1, F2 — сили, що діють на важіль.
.
Блок — це колесо з жолобом, укріплене в обоймі. Нерухомий блок має закріплену вісь і під час підйому ваги не змінює свого положення (аналогічно рівноплечому важелю, де плечі сил дорівнюють радіусу колеса).
Рухомий блок
Нерухомий блок
Коловорот є різновидом важеля.
Похила площина. Різновидом похилої площини є гвинт і клин.
Похила площина
e}Прості механізми застосовують в основному для виграшу в силі (сила, що прикладається, збільшується у декілька разів). Під час використання простих механізмів необхідно враховувати «золоте правило» механіки: у скільки разів виграємо в силі, у стільки разів програємо у відстані.
Для виготовлення машин і механізмів використовуються різні матеріали: природні (деревина, метали), штучні (синтетичні) та комбіновані.
Сила. Види сил
Сила — міра механічної дії одного тіла на інше (при безпосередній дії або через створювані тілами поля).
Сила має чисельне значення, напрям, точку прикладення, внаслідок чого відбувається зміна швидкості руху тіла або його деформація.
Електрична сила (електричний струм)
Сила пружності
Сила пружності виникає в результаті деформації тіла і направлена у бік, протилежний переміщенням частинок тіла при деформації. За природою сили пружності є електромагнітними.
Виникнення сили пружності при деформації тіла
У речовинах частинки, з яких вони складаються, з різним зарядом («+» і «–») притягуються, а з однаковим — відштовхуються. У твердих тілах сили тяжіння дорівнюють силам відштовхування. При деформації відбувається зміна взаємного розташування атомів і молекул, і електричні сили намагаються повернути їх у вихідний стан.
Сили тертя
Сили тертя виникають через взаємодію атомів і молекул дотичних тіл (взаємодія електричних зарядів).
Сила тертя спокою виникає на межі зіткнення тіл за відсутності руху.
Сила тертя ковзання виникає на межі зіткнення (зчеплення) тіл за наявності руху.
Сила тертя кочення в десятки разів менша за силу тертя ковзання.
Тертя може бути корисним (рух транспорту) і шкідливим (стирання поверхонь).
Сила вимірюється в ньютонах (1 Н — сила, що діє на тіло масою 1 кг з прискоренням 1 м/с2).
| Сила тертя ковзання | |
| Сила тертя кочення |
Тертя сприяє стійкості тіл.
Для зменшення сили тертя застосовують мастило, шліфування поверхні, магнітні та повітряні подушки, проводять заміну ковзання коченням, використовують колеса та підшипники.
У побуті силу вимірюють динамометром.
Динамометри
Сила тяжіння, або гравітаційна сила
Сила тяжіння — це сила взаємного тяжіння між Землею і всіма тілами на ній або поблизу неї.
Закон всесвітнього тяжіння (І. Ньютон, 1682 р.): усі тіла притягуються одне до одного з силою, прямо пропорційною добутку мас тіл і обернено пропорційною квадрату відстані між ними.
Сила тяжіння зумовлює масу тіл, атмосферний тиск; у разі її відсутності спостерігається таке явище, як невагомість.
Вплив сили тяжіння на рослини. Корінь росте до центру Землі, у нього позитивний геотропізм і негативний геліотропізм. Пагін росте вгору до Сонця, у нього позитивний геліотропізм і негативний геотропізм.
Архімедова сила
На будь-яке тіло, занурене в рідину або газ, діють виштовхуючі сили.
Сила, що виштовхує занурене в рідину (газ) тіло, дорівнює вазі рідини (газу), витисненої тілом.
Архімедова сила дорівнює вазі витісненої рідини
Якщо щільність тіла більша за густину рідини (газу), то тіло тоне.
Якщо щільність тіла дорівнює густині рідини (газу), то тіло плаває на будь-якій глибині.
Якщо щільність тіла менша за густину рідини (газу), то тіло спливає.
Сили в природі
Ядерні сили виявляються всередині атомного ядра.
Слабкі сили виявляються всередині атомного ядра.
Гравітаційні сили: сили ваги і тяжіння. Тип взаємодії — тяжіння.
Електромагнітні сили: сила пружності, сила тертя, архімедова сила.
Робота
Механічна робота — це рух тіла під дією прикладеної до нього сили.
Механічна робота прямо пропорційна силі та пройденому шляху.
,
де A — робота, F — сила, S — шлях.
За одиницю роботи прийнятий джоуль. (1 Дж = 1 Н ? м).
Енергія
Роботу можуть здійснювати тіла, що мають енергію. Енергію виражають у джоулях, як і роботу.
Види енергії
Механічна енергія буває потенціальною та кінетичною. Потенціальну енергію має тіло, піднесене щодо Землі, будь-яке пружне деформоване тіло (пружина). Кінетичну енергію має будь-яке рухоме тіло. Що більшими є маса і швидкість руху тіла, то більшою є його кінетична енергія.
Електрична енергія. Екологічно «брудні» способи добування електричної енергії: теплові електростанції (спалювання торфу, вугілля, газу, нафти); гідроелектростанції (використання енергії води), атомні електростанції. За цих умов виснажуються природні ресурси, забруднюється навколишнє середовище. Екологічно «чисті» способи добування електроенергії — вітрові та приливні електростанції, сонячні батареї, використання гейзерів і біогазу.
Атомна енергія — це практично невичерпний вид енергії.
Сонячна енергія — невичерпний вид енергії. Запасається в сонячних батареях.
Перетворення енергії
- Правила: Рукотворні системи