Pozadí

Jednoduché stroje jsou důležité pro každodenní život a lze je vidět doma, ve škole nebo na hřišti. Jednoduché stroje jsou nástroje, které mění velikost a/nebo směr síly, aby si usnadnily práci. Pomocí jednoduchých strojů mohou obyčejní lidé zvedat velké kameny, přemisťovat bloky na velké vzdálenosti a dokonce stavět pyramidy.

V této lekci se studenti seznámí s fyzikálními pojmy síly a práce a se čtyřmi typy jednoduchých strojů: nakloněnou rovinou, kolem a nápravou, pákou a ozubenými koly. Studenti budou moci prozkoumat, jak lze pomocí síly usnadnit práci se 4 stavebnicemi, které obsahují tyto jednoduché stroje: nakloněnou rovinu, vyvažovací páku, pružinový vůz a hodiny. Studenti se také seznámí s nástroji, které se používaly od starověku a používají se dodnes.

Co je to jednoduchý stroj?

stroj je nástroj, který mění velikost a směr síly za účelem pohybu objektu. Jednoduché stroje jsou zařízení s malým počtem nebo žádnými pohyblivými částmi, která usnadňují práci. Jednoduché stroje existují již tisíce let a stále jsou užitečné. V této lekci se studenti seznámí se čtyřmi typy jednoduchých strojů: nakloněná rovina, kolo a náprava, pákaa ozubená kola.

Co je Síla?

Síla je tlak nebo tah na objekt. Když na objekt působí síla a tato síla zároveň není nijak ovlivněna, změní se rychlost nebo směr objektu. Síla se používá k pohybu věcí kolem nás. V této lekci budeme pracovat s několika formami síly, včetně působící síly, vyvážených a nevyvážených sil.

Aplikovaná síla

Aplikovaná síla označuje sílu působící na objekt. Pokud byste tlačili židli přes místnost, vyvíjeli byste na ni sílu.

Existují vyvážené i nevyvážené síly. Síly, které jsou stejné, ale mají opačný směr, se nazývají vyvážené síly. Vyvážené síly nezpůsobují pohyb objektu.

Vyvážené a nevyvážené síly

Síly, které jsou stejné, ale mají opačný směr, se nazývají vyvážené síly. Vyvážené síly nezpůsobují pohyb objektu. Příkladem vyvážené síly by byly dvě skupiny lidí hrající přetahovanou se stejnou silou. To by způsobilo, že lano zůstane na místě, protože protilehlé síly působící na obou stranách jsou ekvivalentní.

Nevyvážené síly však způsobí pohyb jednoho nebo více objektů. Předpokládejme, že jeden z týmů v našem přetahování táhne silněji než druhý tým, síly by již nebyly stejné. Jeden tým by byl schopen táhnout druhý tým ve směru větší síly.

Nevyvážené síly způsobují změnu pohybu objektu, na který síla působí. Jednoduché stroje, jako je nakloněná rovina, používají k usnadnění práce nevyváženou sílu. Například je známo, že objekty zrychlují po nakloněné rovině kvůli nerovnováze v gravitační síle.

Gravitační síla

Gravitační síla je síla, kterou Země, Měsíc nebo jiný masivně velký objekt přitahuje k sobě jiný objekt. Podle definice se jedná o hmotnost objektu. Všechny objekty na Zemi působí gravitační silou, která směřuje „dolů“ ke středu Země.

Co je to práce?

Ve vědě je práce použití síly k pohybu objektu z pevného výchozího bodu. Jednoduché stroje usnadňují práci (přemisťování předmětů).

Vědecká definice práce je množství síly působící na objekt vynásobené vzdáleností, o kterou se objekt pohybuje. Práce se tedy skládá ze síly a vzdálenosti. Dokončení každé úlohy vyžaduje určité množství práce a toto číslo se nemění. Síla krát vzdálenost se tedy vždy rovná stejnému množství práce. To znamená, že pokud něco pohnete na menší vzdálenost, musíte vynaložit větší sílu. Na druhou stranu, pokud chcete vynaložit menší sílu, musíte s ním pohybovat na větší vzdálenost. To je kompromis mezi silou a vzdáleností.

Co je to mechanická výhoda?

Mechanická výhoda nastává, když k vykonání stejného množství práce potřebujete menší sílu, protože ke zvýšení a změně směru působící síly se používá jednoduchý stroj. Mechanickou výhodu lze upravit tak, aby vyhovovala specifickým potřebám. Dva typy mechanické výhody jsou rychlost a točivý moment.

Co je to točivý moment?

Točivý moment je mechanická výhoda, která zvyšuje výkon poháněného ozubeného kola nebo stroje. Točivý moment vzniká, když se k zahájení nebo zastavení otáčení objektu použije síla, jako je tomu u otáčení ozubených kol a při částečném otočení páky. Podívejte se na animaci níže, kde uvidíte, jak menší ozubené kolo pohání větší ozubené kolo, aby dosáhlo většího točivého momentu.

Co je rychlost?

Rychlost je vzdálenost, o kterou se objekt v čase pohybuje, a představuje mechanickou výhodu, která zvyšuje výkon poháněného ozubeného kola nebo stroje. Pokud jde o převody, rychlost je nepřímo úměrná točivému momentu. Pokud je na výstupu požadována rychlost, je nutné snížit točivý moment. Platí i opačně, pokud je jako výstup požadován větší točivý moment nebo výkon, pak se otáčky sníží. Podívejte se na animaci níže, kde uvidíte, jak větší ozubené kolo pohání menší ozubené kolo, aby se dosáhlo vyšší rychlosti.