PeteLinforth / Pixabay

Páka

Pomôcky: špejlová hojdačka
Pedagogická poznámka: Na začiatku hodiny kontrolujeme pravidlá, ktoré mali žiaci sformulovať za domácu úlohu. Ich formulácia nemusí byť rovnaká ako formulácia učeníci, ale mala by byť správna a zrozumiteľná. Žiaci čítajú svoje pravidlá pred triedou a trieda je
kontroluje. Kontrola pravidiel z minulej hodiny.
Ak máme na oboch stranách len jednu skupinu sponiek, platí: Súčin počtu sponiek a počtu dielov na oboch stranách je rovnaký.
Ak je na jednej zo strán viacerých skupín sponiek, platí (všeobecnejšie pravidlo): Pre obe strany sčítame súčiny počtov sponiek a počtov dielikov a obaja súčty musia byť rovnaké.
Ako o rovnováhe na hojdačke hovorí fyzici?
• Celú hojdačku označujeme ako páku.
• Špendlík, okolo ktorého sa hojdačka otáča, (presnejšie priamku, prechádzajúcej stredom špendlíka) označujeme ako os otáčania (ide o jedinú časť párky, ktorá sa pri otáčaní nepohybuje).
• Sponky na páku pôsobí silou (značka F).
• Vzdialenosť pôsobiska sily od osi otáčania sa nazýva rameno sily (väčšinou značka r alebo d).
• Súčin veľkosti sily a ramena sily (ktorý rozhoduje o rovnováhe) sa nazýva moment sily (značka M). Jednotkou momentu sily je Newton meter [N * m].
Dodatok: Pretože veličinu moment sily sme zaviedli ako súčin sily a vzdialenosti, aj jej jednotku sme získali ako súčin jednotky sily a jednotky vzdialenosti. Tento postup sa vo fyzike používa veľmi často a užitočne obmedzuje množstvo jednotiek.
Pr. 1: Sformulujte obe pravidlá pre rovnováhu na hojdačke pomocou vyššie uvedených fyzikálnych pojmov.
Ak máme na oboch stranách len jednu skupinu sponiek, platí: Momenty síl na oboch stranách páky sú zhodné. Ak je na jednej zo strán viacerých skupín sponiek, platí (všeobecnejšie pravidlo): Súčet momentov síl na jednej strane sa rovná súčtu momentov síl na druhej strane.

Pr. 2: prekreslí situáciu schematicky do zošita (bez sponiek a špendlíka). V obrázku vyznač os otáčania, pôsobiace sily a ich ramená. Je páka v rovnováhe?
1
Os otáčania je vyznačená červeným krížikom.
Páka nie je v rovnováhe:
• moment sily vľavo je 4 * 4 = 16,
• moment sily vpravo je 3 * 5 = 15,
Páka sa nakloní ľavou stranou nadol.
Pr. 3: Na páku pôsobia dve sily. Zapíš podmienku pre rovnováhu pomocou rovnice.
2
Momenty oboch síl sa musí rovnať: M M 1 2 =.
Dosadíme za momenty síl: F1r1 = F2r2.
Pr. 4: Zapíš rovnicou podmienku pre rovnováhu na páke na obrázku.
3
Celkový moment vľavo sa musí rovnať celkovému momentu vpravo: M1 = M2 + M3.
Dosadíme za momenty síl: F1r1 =  F2r2 +F3r3.
Pr. 5: Prečo sa kľučka montuje na dvere vždy čo najďalej od pántov. Čo by sa stalo, keby bola kľučka na druhom konci dverí (u pántov).
Čím ďalej od pántov pôsobíme silou, tým väčšia je moment sily, ktorým dvere otvárame a tým ľahšie sa dvere otvárajú. Keby bola kľučka na u pántov, moment sily, ktorú dvere otvárame by bol ďaleko menší a museli by sme tlačiť väčšou silou.
Pedagogická poznámka: O hodine si to vyskúšať nestíhame (púšťam k dverám tých, ktorí spočítajú nasledujúce príklady), všetci zostávajúci majú za úlohu si to vyskúšať o prestávke alebo doma.
Pr. 6: Hojdačka je dlhá 3 m a je podložená uprostred. Amálka vážiaci 25 kg si sadne na jeden koniec. Ako ďaleko od stredu si musí na druhej strane sadnúť otecko vážiaci 80 kg, aby bola hojdačka vyvážená? Ide o rovnakú situáciu ako v prípade 3 ⇒ obe sily by na páku pôsobiť rovnakým momentom. Amálka aj otecko pôsobí na hojdačku silou, ktorá sa rovná gravitačnej sile Zeme.
5
Otecko si musí sadnúť 0,47 m od stredu hojdačky.
Pr. 7: Páka na obrázku je v rovnováhe. Vypočítajte veľkosť sily F.
6
Momenty síl na pravej strane nemôžeme sčítať, pretože obe sily majú opačný smer a snaží sa otáčať páku opačným smerom (sila 30 N otáča páku rovnakým smerom ako sila F). Celkový moment na pravej strane: 1,5 * 40 – 0,5 * 30 N * m = 45 N * m.
Pre ľavú silu musí platiť: F * 1,25 = 45.
7Sila F musí mať veľkosť 36 N.
Pr. 8: Veľmi nebezpečné je strkať k pántom dvere. Čo v takom prípade hrozí? Akú silou by dvere na prsty na pántov pôsobili, keby na druhej strane niekto zatváral silou 10 N?
Dvere budú privierať prstami (a stláčať je), kým prsty na nich nebudú pôsobiť rovnako veľkým momentom ako sila, ktorú niekto zatvára dvere ⇒ potrebujeme zmerať ramená oboch síl.
• Rameno sily otvárajúce dvere: 70 cm.
• Rameno sily pôsobiace na prsty: 2 cm.
8Na prsty privreté v u pántov pôsobí sila 350 N.
Zhrnutie: Páka je v rovnováhe, keď v oboch smeroch pôsobí rovnaký celkový moment sily.

Pridaj komentár

Vaša e-mailová adresa nebude zverejnená. Vyžadované polia sú označené *