Лостът, колелото и макарата: простите машини
Как лост, колело и макара ти дават суперсила и защо Архимед искал да повдигне Земята.
Бип-бип! Загадка: как едно дете може да повдигне възрастен човек, без да е силач? Отговорът е на всяка детска площадка. Да го разгадаем!
История от живота
Преди повече от 2200 години в Сиракуза живял ученият Архимед. Той изучавал лоста и се смята, че казал: "Дайте ми място, където да застана, и ще повдигна Земята!". Древни разказвачи пишат, че веднъж царят го предизвикал да премести огромен кораб, който много хора едва бутали. Архимед построил система от макари и въжета и според легендата сам издърпал кораба, като седял и спокойно дърпал въже. Дали е било точно така, не знаем, но идеята е вярна: простите машини умножават силата ти.
Разбери го стъпка по стъпка
- Шестте прости машини
Учените броят шест прости машини: лост, колело с ос, макара, наклонена плоскост, клин и винт. Те нямат двигател и не работят сами. Но правят работата ни по-лесна, защото променят силата или посоката ѝ.
- Лостът
Лостът е твърда пръчка, която се върти около една точка, наречена опора. Колкото по-далече от опората натискаш, толкова по-малко сила ти трябва. Люлката-везна, ножицата и отварачката за бутилки са лостове.
- Колело с ос
Голямо колело, закрепено за по-тънка ос, се върти заедно с нея. Когато въртиш голямото колело, оста се върти с по-голяма сила. Затова дръжката на вратата и воланът са по-лесни за въртене от тънкия прът вътре.
- Макарата
Макарата е колело с канал за въже. Неподвижната макара само обръща посоката: дърпаш надолу, товарът се вдига нагоре. Подвижната макара намалява силата наполовина, но трябва да издърпаш двойно повече въже.
- Няма безплатна сила
Простите машини не правят енергия от нищо. Те разменят сила срещу разстояние: натискаш по-слабо, но по-дълго. Това е златното правило на механиката.
Представи си така: Лостът е като да помолиш по-голямото си братче да седне по-близо до средата на люлката-везна. Колкото по-далеч от средата си ти, толкова повече "тежиш", и можеш да го повдигнеш, макар да си по-лек.
- Лост
- люлка-везна, ножица, отварачка
- Колело с ос
- дръжка на врата, волан, кладенец
- Неподвижна макара
- обръща посоката: дърпаш надолу, вдига нагоре
- Подвижна макара
- половин сила, двойно повече въже
- Наклонена плоскост
- рампа, пързалка, планински път
- Клин
- брадва, нож, цип
- Винт
- капачка на буркан, бургия
Решени примери
Защо дръжката на вратата е далече от пантите, а не до тях?
Вратата е лост, а пантите са опората. Колкото по-далеч от опората буташ, толкова по-малко сила ти трябва. Опитай да отвориш врата, като буташ точно до пантите: много е трудно!
Как работи кофата на кладенеца?
Въжето се навива на ос с голяма ръчка. Въртиш голямата ръчка с малко сила, а оста вдига тежката кофа. Това е колело с ос.
Защо на кораба вдигат платната с няколко макари?
Подвижните макари делят тежестта между няколко части на въжето. Така моряците вдигат тежкото платно с по-малка сила, макар че издърпват повече въже.
Внимавай с тези грешки
- Простите машини правят работата по-малка.Те правят силата по-малка, но разстоянието по-голямо. Общата работа остава същата (дори малко повече заради триенето).
- Машина е само нещо с мотор и копчета.Ножицата, отварачката и рампата също са машини. Наричаме ги прости машини.
- Една макара винаги ти дава повече сила.Неподвижната макара само обръща посоката. Сила печелиш с подвижна макара или с няколко макари заедно.
Задачи
Лесни
Огледай стаята и намери 3 прости машини. Коя каква е?
Подсказка
Търси неща, които се въртят, режат или се отварят.
Отговор
Например: дръжка на врата (колело с ос или лост), ножица (лост), капачка на буркан (винт).
Коя от простите машини е пързалката?
Подсказка
Тя е наклонена повърхност.
Отговор
Наклонена плоскост.
Средни
На люлка-везна Ани (20 кг) седи на 3 метра от средата. На колко метра от средата трябва да седне Боби (30 кг), за да се уравновесят?
Подсказка
Тежестта по разстоянието трябва да е равна от двете страни.
Отговор
На 2 метра, защото 20 x 3 = 30 x 2 = 60.
С подвижна макара вдигаш торба от 10 кг на 1 метър. С каква сила (в кг) дърпаш и колко въже издърпваш, ако няма триене?
Подсказка
Подвижната макара дели силата на 2, но удвоява въжето.
Отговор
Сила като за 5 кг и 2 метра въже.
Трудни
Тате (80 кг) седи на 1 метър от средата на люлката. На колко метра трябва да седнеш ти (40 кг), за да го повдигнеш малко?
Подсказка
80 x 1 = 40 x ?
Отговор
Повече от 2 метра (на точно 2 метра сте в равновесие).
Опитай: отвори врата, като я буташ веднъж до дръжката и веднъж на 10 см от пантите. Обясни разликата.
Подсказка
Пантите са опората.
Отговор
До пантите е много по-трудно, защото си близо до опората на лоста и ти трябва много повече сила.
Лост от линийка
Цел: Да провериш сам правилото на лоста.
- Сложи молив на масата, а върху него линийка от 30 см, като средата ѝ е над молива.
- Сложи 2 еднакви монети на 5 см от средата от едната страна.
- Намери къде трябва да сложиш 1 монета от другата страна, за да се уравновеси.
- Запиши резултата и опитай с 3 монети.
Накрая: Таблица, която показва, че 2 монети на 5 см се уравновесяват с 1 монета на 10 см.
Тест с точки
10 въпроса, 18 точки, оценка накрая и разбор какво да преговориш.