Блоки и рычаг: объяснение и задачи по физике 7 класса

Блоки в физике 7 класса проходят вместе с рычагом: это простые механизмы, которые помогают поднять груз меньшей силой или тянуть в удобную сторону. Правило у них общее: выиграл в силе — проиграл в расстоянии, а работа осталась прежней. Дальше условие равновесия рычага, два вида блоков и две задачи с решением.

Суть простыми словами

Представь качели-доску. Тяжёлый и лёгкий человек уравновесятся, если тяжёлый сядет ближе к центру, а лёгкий дальше. Это и есть рычаг: твёрдое тело, которое может поворачиваться вокруг неподвижной оси.

Плечо силы l — кратчайшее расстояние от оси до линии, вдоль которой действует сила. Это не длина всей доски, а именно расстояние от оси.

Условие равновесия рычага:

F₁ · l₁ = F₂ · l₂, или F₁ / F₂ = l₂ / l₁.

Сила во столько раз меньше, во сколько раз её плечо больше. Поэтому длинным ломом тяжёлый камень поднять легче.

Блок — колесо с желобом для верёвки.

• Неподвижный блок (ось закреплена): не даёт выигрыша в силе, зато меняет её направление: тянешь вниз, груз идёт вверх. Это рычаг с равными плечами.
• Подвижный блок (ось поднимается вместе с грузом): даёт выигрыш в силе в 2 раза, если вес блока и трение не учитывать. Но свободный конец верёвки придётся вытянуть вдвое длиннее, чем поднимется груз.

Золотое правило механики: во сколько раз выигрываем в силе, во столько раз проигрываем в пути, поэтому выигрыша в работе нет.

Разобранные задачи.

1. Груз 60 Н висит на плече 20 см. Какую силу приложить на плече 60 см, чтобы рычаг был в равновесии? F₂ = F₁ · l₁ / l₂ = 60 · 20 / 60 = 20 Н.
2. Груз весом 80 Н поднимают подвижным блоком (вес блока и трение не учитываем). Нужная сила F = 80 / 2 = 40 Н. Чтобы поднять груз на 1 м, нужно вытянуть верёвку на 2 м.

Где встречается на экзамене

На ОГЭ рычаг попадает в расчётное задание 7 ОГЭ по физике: в демо 2027 дан рычаг в равновесии с силой 6 Н и плечами 25 и 15 см, ответ 3,6 Н. Блоки и рычаг входят в комплект № 6 лабораторной работы (задание 17 ОГЭ по физике): с ним проверяют условие равновесия рычага и измеряют работу при подъёме груза блоками..

Где ошибаются

1. Считают плечом длину всего стержня. Плечо меряют от оси вращения до прямой, вдоль которой тянет сила, по перпендикуляру к ней.
2. Путают, у какого плеча сила меньше. Больше плечо — меньше сила, а не наоборот.
3. Ждут выигрыша в силе от неподвижного блока. Он меняет только направление.
4. Надеются на выигрыш в работе. Меньшая сила действует на большем пути, работа одна.
5. Забывают перевести длины в одни единицы. Плечи в пропорции могут быть и в см, но обе в одинаковых.

Шпаргалка за 30 секунд

Подними один и тот же ящик неподвижным блоком, подвижным и системой блоков в тренажёре «Работа, мощность и простые механизмы» и сравни силы и пути; грузы на лабораторный рычаг можно повесить в тренажёре «Рычаг и моменты сил». Почему выигрыша в работе нет, станет яснее в теме механическая энергия 7 класс. Если задачи на блоки пока не складываются, на пробном по физике после теста дадут занятие курса под этот пробел.