ТЕМА 3. РУКОТВОРНЫЕ СИСТЕМЫ

УРОК 22

ТЕМА. ПРОСТЫЕ И СЛОЖНЫЕ МЕХАНИЗМЫ

Цель урока: обучающая - ознакомить учащихся с простыми механизмами, выяснить принципы их работы; развивающая - развивать внимание, логическое мышление, память; воспитательная - воспитывать уважение к труда.

Основные понятия: колесо, клин, рычаг, блок; коловорот, наклонная плоскость, винт.

Методы урока: словесный (беседа), наглядный (знакомство с простыми и сложными механизмами, известными школьникам в виде бытовых предметов).

Оборудование: щипцы для орехов, открывалка для бутылок, консервный нож, давильниця для чеснока, ножницы, клещи, отвертка, штопор.

Тип урока: усвоение новых знаний и умений.

Межпредметные связи: физика (7 класс).

Структура урока

И. Проверка домашнего задания

II. Сообщение темы, цели и задач урока

III. Актуализация опорных знаний учащихся, их предшествующего опыта

IV. Изложение основного материала

1. Простые механизмы и их примеры.

2. Сложные механизмы и их примеры.

V. Подведение итогов урока

VI. Домашнее задание

Ход урока

I. ПРОВЕРКА ДОМАШНЕГО ЗАДАНИЯ

- Вопрос к ученикам

1. Какие явления природы свидетельствуют о существование силы притяжения в природе?

2. Почему стебли растений, ветки деревьев не ломаются под действием ветра, сильного дождя с градом или снега?

3. Скажите, что бы произошло, если бы на Земле исчезла сила трения?

II. СООБЩЕНИЕ ТЕМЫ, ЦЕЛИ И ЗАДАЧ УРОКА

III. АКТУАЛИЗАЦИЯ ОПОРНЫХ ЗНАНИЙ УЧАЩИХСЯ, ИХ ПРЕДШЕСТВУЮЩЕГО ОПЫТА

На протяжении длительного времени человек использовала для перемещения тел силу собственных мышц или силу мышц животных.

- Каких животных люди приучили к перемещение грузов? (Лошадей, ослов, слонов, верблюдов, оленей, волов и даже собак.)

Однако возможности мышц ограничены, поэтому люди научились создавать и использовать приспособления, позволяющие получить выигрыш в силе.

IV. ИЗЛОЖЕНИЕ ОСНОВНОГО МАТЕРИАЛА

Приспособления, увеличивающие силу, приложенную к телу, или меняют ее направление, называют механизмами.

1. Простые механизмы и их примеры

1). Колесо.

- Задания в рабочей тетради

- Вопрос к ученикам

- Для чего служит колесо? (Чтобы перемещать грузы или людей. Уменьшает силу трения.)

2). Клин - это треугольный кусок металла или дерева с заостренным концом.

- Вопрос к ученикам

- Для чего служит клин? (Чтобы раскалывать каменные или деревянные куски.)

3). Рычаг.

- Вопрос к ученикам

- Для чего служит рычаг? (Чтобы поднимать тяжелые предметы.)

Разновидностями рычага есть такие давно знакомые нам предметы, как коромысло, лапа, лом, весло, отвертка.

Главное требование относительно использования рычага - наличие точки опоры. Ею могут быть плечи человека, специальная подставка и т.д. Недостатком рычага является то, что с его помощью можно поднять груз на значительную высоту.

4). Блок - это колесо с заглублением по ребру для веревки или цепи. Блок подвешивают высоко над землей - выше, чем нужно поднимать различные предметы. Через блок перебрасывают прочную веревку или цепь, к которой подвешивают груз.

Блок изменяет направление действия силы.

5). Коловорот - это металлический стержень зигзагообразной формы.

6). Наклонная плоскость.

Наклонная плоскость, подобно рычага, помогает выиграть в силе при подъеме (перемещении) тяжелых тел.

7). Винт - это металлический стержень со спиралевидным наружной резьбой. Служит для закрепления внешних деталей на плоскости или скреплять деталей друг с другом.

2. Сложные механизмы и их примеры

Сложные механизмы образованы из двух или более простых механизмов, например:

1). Ножницы состоят из двух рычагов, скрепленных шурупом. Чем толще материал, который режут ножницы, тем длиннее их ручки. Длина ручек ножниц будто придает силы человеческим рукам.

2). Консервный нож - это соединенные клин и два рычага.

3). Щипцы для орехов и давильниця для чеснока - так же соединяют два рычага.

Значительный вклад в теорию простых механизмов сделал древнегреческий ученый и изобретатель Архимед. Сконструированы им машины и механизмы помогали оборонять греческие города от врагов, подавали воду для орошения на поля, перемещали грузы при строительстве.

- Задания в рабочей тетради

V. ПОДВЕДЕНИЕ ИТОГОВ УРОКА

- Вопрос к ученикам

- Для чего нужны механизмы? (Чтобы увеличивать силу, приложенную к телу, или менять ее направление.)

- Назовите простые механизмы, которые мы изучили на уроке. (Колесо, клин, рычаг, блок, коловорот, наклонная плоскость, винт.)

- Чем сложный механизм отличается от простого? (Сложный механизм соединяет два или более простых механизмов.)

VI. ДОМАШНЕЕ ЗАДАЧА

Дать ответы на вопросы после параграфа.

- Задания в рабочей тетради

ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЙ МАТЕРИАЛ К УРОКУ

Простые и сложные механизмы

В середине XIX в. возникла наука о происхождение и развитие человека - антропология (от греч. antropos - человек и logos - слово, учение). Согласно антропологическим исследованиям, техника, то есть искусственные, сознательно создаваемые материальные средства деятельности людей, могла возникнуть только после того, как развитие животных, длившегося миллионы лет, достиг определенного уровня. Сначала человек научился использовать как орудие естественные предметы, сначала случайно, затем систематически. Подходящие по форме и прочностью рога, зубы и крупные кости животных стали прекрасным средством защиты от нападения, однако эти подручные средства еще не были техникой.

Одним из главных отличий человека от животного является его умение не только использовать подручные средства, но и придумывать, изготавливать и применять технику. Ученые считают, что предками технических изобретателей были австралопитеки (от лат, australis - южный и греч. pitekos - обезьяна). Эти существа имели рост около 1,5 м и массу тела примерно 40-50 кг, жили примерно 5,5-1 млн. лет назад. Они ходили не так, как обезьяны - на четырех конечностях, а прямо, как человек. Остатки австралопитека африканского, который уже был похож на человека, но и еще умел изготавливать орудия труда, первым нашел в 1922 году английский археолог Раймонд Дарт в Южной Африке. Именно он и назвал свою находку южной обезьяной. Австралопитека африканского считают настоящим предком человека.

Умение изобретать, изготавливать и использовать технику - такой же признак человека, как хождение на двух ногах, способность к мышлению, речи и совместная работа. Иначе говоря, человек, техника, язык и общество и совместная работа возникшие в результате одного процесса - постепенного преобразования древнейших потомков в людей современного типа.

Многие животные способны к сложным действий, очень похожих на умственные. Бобры сооружают плотины. Мастерски сделаны термитники, пчелиные соты и птичьи гнезда. Однако, создавая их, животные действуют инстинктивно - так, как им диктует врожденный или, безусловный, рефлекс. Споруджаючи жилье, они не изобретают, а лишь воспроизводят действия, запрограммированные природой для каждого конкретного вида. Именно поэтому гнездо ласточки в конце XX в. имеет такой же вид, как и много веков назад.

Тем временем люди при создании техники и зданий действуют не инстинктивно, а сознательно, разумно: заранее определяют цель, обдумывают способ и средства ее достижения, подбирают необходимый материал, намечают последовательность операций. Иначе говоря, еще до того, как стать к изготовлению техники, человек будто создает его в голове, в мыслях, т.е. разрабатывает проект того, что ей нужно. А проектирование - это уже творчество, сознательное созидание нового, того, чего в природе еще не существовало. На такие действия к человека не было способно ни одно животное.

Среди разнообразных технических изобретений отдаленного прошлого людей лучше всего сохранились изготовленные первобытным человеком каменные орудия. Позже люди научились не только брать в природы готовую пищу, растительные волокна, куски дерева или природного камня, но и изготавливать из природных веществ новые, искусственные материалы и предметы.

Сначала материальное производство мало влияло на природу. Но с каждым тысячелетием объем искусственно созданных технических изделий увеличивался, и потребности человека в природных материалах росли. Следует сказать, что техника имеет одну особенность: однажды созданная, техника выполняет свои задачи до тех пор, пока полностью не выйдет из строя. А это может случиться и через месяц, и через тысячу лет. «Рабочие свойства» гири для весов, которую археологи нашли в развалинах Вавилона, сегодня те же, что и в древние времена: положена на весы, она прекрасно справится со своей задачей. Каменной топором, что лежит под стеклом в музее, можно рубить лес. Не запрещено пользоваться чернильницей и підструженим гусиным пером при выполнении домашнего задания... Почему же никому всерьез не приходит в голову так делать? Не потому, что эти предметы изменились физически, а потому, что люди уже давно пользуются другими, более удобными. Технику, которая сохранила свои качества, но которую заменили более современные устройства, называют «морально устаревшей». То же самое можно сказать и о материалах для изготовления механизмов. Каменный век уступил место медном, а потом - бронзовом и железном. Железные руды встречаются чаще, чем медные, а тем более оловянные (бронза - это сплав меди и олова). Феррум - один из самых распространенных в земной коре химических элементов. Орудия и оружие из сплавов железа прочные, их можно закалять, они не ржавеют. До сих пор железо и его разнообразные сплавы остаются важнейшими техническими материалами. Из них изготовлено около 95% всей металлической продукции мира. Итак, можно сказать, что железного века, которое началось около 3 тыс. лет назад, продолжается и до сих пор.

Механизмы шумеров Месопотамии

Одним из древнейших очагов мировой культуры является Месопотамия, что в переводе с греческого языка означает «междуречье». Эту территорию назвали так не случайно: она располагалась между двумя крупными реками - Тигром и Евфратом. Здесь в IV - III тыс. до н. э. развивались города-государства шумеров. Люди, которые жили там, были замечательными тружениками. Они построили огромную ирригационную систему - каналы, по которым вода текла мимо каждое село полей. Гончарный круг для изготовления глиняного посуды и специальные печи для ее обжига - тоже изобретения шумеров. Позже они придумали, как строить дома из глины. Ее сушили в особых формах - так выходила кирпич. Первые кирпичные здания были очень простые, но впоследствии мастера-каменщики научились сооружать сложные ступенчатые конструкции, напоминают современные арки, купола и своды. Они же создали древнейшую на земле письменность. Ее знаки, похожие на клинья, прямые и острые углы, отсюда и название - клинопись. Шумеры писали на глиняных табличках.

Около 5 тыс. лет назад шумеры изобрели колесо - самое великое изобретение в истории техники. И действительно, топор, мотыга и кирка - есть не что иное, как усовершенствованный дубинка, копье и дротик - видоизмененная палка. Придумав колесо, человек не просто усовершенствовала предметы, что имеют естественное происхождение, а изготовила нечто совершенно новое. Ученые предполагают, что первые колеса были созданы в Шумере примерно 5200 лет назад.

До изобретения колеса грузы по суше перемещали с помощью качалок и рычагов. С развитием скотоводства начали использовать вьючных животных, появились безколісні волокуши, что стали прообразом саней. Колесная тележка состоит из колес, осей, на которые их насаждают, и места для груза. Очень важным в нем является упряжь - техническое приспособление, позволяющее впрягать тягловую животное (осла, мула или коня). Интересно, что деревянный хомут (часть упряжи, которую одевают на шею животного, в виде деревянного каркаса, покрытого мягким валиком, что препятствует натиранию ее шеи) сначала закрепляли на голове животного и гораздо позже -- на ее шее. Чтобы колеса не вязли в песке, улицы в своих городах шумеры начали покрывать асфальтом. Конечно, это был не тот асфальт, который применяют сегодня, но, по сути дела, именно шумеры первыми стали пропитывать грунт вязким битумом - загусклою нефтью.

Белика цивилизация в долине Нила

Археологические раскопки в долине Нила велись давно и очень настойчиво. Именно поэтому о Древний Египет известно гораздо больше, чем о Шумер. В Египте было найдено первое изображение специального водо-поливного устройства, сохранившийся до наших дней,- шадуфа. Его датируют XIV в. до н. э. С его помощью один работник мог за час поднять из колодца на двухметровую высоту 3400 литров воды.

Он похож на журавль - длинный рычаг на столбе с противовесом. Такие журавли до сих пор можно встретить на колодцах во многих селах Украины и России. На Востоке шадуф применяли в течение длительного времени.

Позже изобрели, а потом и усовершенствовали водоподъемное колесо - «прадедушки» водяной мельницы. На этом деревянном колесе закреплялись кувшины, которые набирали и поднимали воду в меру его вращения.

Тысячи лет назад в Египте был развитый погребальный культ. Здесь же, в области строительства, египтяне сделали крупнейшие технические достижения. В начале III тыс. до н. э. они стали строить огромные пирамиды - усыпальницы для своих фараонов. Современным ученым понадобилось не одно десятилетие, чтобы изучить их строение и доказать, что такие величественные сооружения, созданные с помощью простейших механизмов.

Жители Западной Европы узнали о эти грандиозные сооружения после Египетского похода (1798-1801 гг.) генерала

Бонапарта (будущего императора Франции): именно тогда были сделаны первые описания строения гробниц. Современной наукой доказано, что строительная техника давних времен позволяла возводить такие монументальные сооружения. Блоки из известняка вырубали в каменоломнях и тут же, на месте, обрабатывали - обтесывали (выравнивали поверхность) и полировали. Эту операцию выполняли медными инструментами. Камни обрабатывали так тщательно, чтобы в дальнейшем блоки плотно прилегали друг к другу. Мастера добивались удивительных результатов - и через тысячелетия между гранями соседних плит не можно протащить даже нитку. Спустя, используя полозья-волокуши и простые рычаги для подъема этих блоков, многотонные блоки грузили на баржи и в период разлива Нила по специально прорытых каналах отправляли к месту строительства. Сам процесс возведения пирамиды не сложный, но трудоемкий. Для кладки использовали глиняный раствор. На верхние ряды кладки блоки поднимали по наклонным насыпям, построенных с необожженного кирпича. Затягивали блоки на канатах медными крюками. Одним словом, главная тайна пирамид - трудолюбие и талант человека!

Семь чудес света

Греки называли Чудесами света наиболее прославленные в соответствии со своими представлениями, технические сооружения. Всего таких чудес света насчитывали семь: древнеегипетские пирамиды, храм Артемиды в Эфесе, мавзолей в Гелікарнасі, висячие сады Семирамиды в Вавилоне, статуя Зевса в Олимпии, статуя Гелиоса на острове Родос и маяк в Александрии.

Хараппская культура

В 1922 году индийский археолог Р. Д. Банерджи, раскапывая холмы в долине реки Инд, нашел еще один очаг древнейшей мировой культуры. Ученые назвали его Хараппською цивилизацией (середина III - первая половина II тыс. до н. э.), развивалась она на территории современных государств Индии и Пакистана. Ее центрами были два города - Хараппа и Мохенджо-Даро. Кроме умений, характерных для древних египтян (обработка меди и бронзы, орошение полей, использование плуга), хараппці умели выращивать хлопок, овладели прядения волокон и ткачество из них. Ученые считают, что тогда же таки люди впервые приручили слонов. Улицы Хараппы достигали 10 метров в ширину, их прокладывали точно по плану и так, чтобы они пересекались под прямым углом. Город был оборудован водостоками, которые наполнялись в период дождей; существовала система колодцев и даже общегородская канализация.

Древний Китай

Судя по находкам археологов, первобытные люди в Китае прошли в своем развитии те же стадии, что и в Африке египтяне и в Европе шумеры и хараппы. В XVIII-XII вв. до н. э. в Китае существовала государство Инь. Ее жители владели искусством выплавлять бронзу, имели развитую письменность. Местные мастера знали секреты выработки шелковых тканей, изготавливали керамику с глазурью. В i тыс. до н. э. в Китае началось сооружение оросительных систем. Для защиты страны от нападения врагов в III в. до н. э. китайцы стали к возведению одного из самых грандиозных инженерных сооружений древности - Великой Китайской стены - величественной крепостной сооружения на севере Китая. По разным оценкам, длина стены достигает 4-6 тыс. километров, а высота - 6,6 метра.

Великие культуры Америки

Человек попал в Америку из Северо-Восточной Азии около 25 тыс. лет назад. Тем временем цивилизации возникли здесь значительно позже - в i-II вв. н. э. Быстрое развитие культур Америки был трагически Прерван в XV-XVI вв. нашествием испанцев и португальцев. Во время этого вторжение уничтожались бесценные памятники культуры и техники.

Ученые пришли к выводу, что американские земледельческие цивилизации прошли примерно те же стадии технического и экономического становления, что и Египет, Шумер, древние государства Индии и Китая. Правда, они имели и свои особенности. Так, гончарный круг и металлургия не были известны местным жителям, пока не пришли испанцы. Индейцы так и не изобрели колеса и колісці тележки, не использовали тягловых домашних и вьючных животных.

Техника Древней Греции и Рима

В Античную эпоху в сельском хозяйстве, ремеслах, металлургии, строительстве и транспорте медленно, но непрерывно улучшали уже известны технические средства и изобретали новые. Достаточно назвать токарный станок, который впервые появился в Древней Греции, косу и механическую жатку, что их изобрели римляне. Выдающийся древнегреческий философ Аристотель считал, что в мире существует два рода вещей: одни - «по природе», а другие - «против природы». Скажем, тяжелое «по природе» всегда стремится вниз, поэтому, когда мы его поднимаем вверх, то действуем будто «против природы». Таким образом, получается, что механические приспособления и вообще вся техника направлены «против природы». Но это неплохо. В сочинении «Механические проблемы», принадлежащий одному из учеников Аристотеля, написано, что одни замечательные вещи происходят согласно с природой, а другие - против нее, причем последние осуществляются для пользы людей с помощью техники. Ту часть техники, которая помогает человеку решить эти трудности, так и назвали - механика, что в переводе с греческого языка означает «искусство построения машин».

Однако рабовладельческое хозяйство античных государств с его дешевой рабочей силой не имело потребности в замене ручной труда. Зачем изобретать, а потом строить дорогую машину, если можно за бесценок купить несколько рабов? Греки и римляне предпочитали вкладывать деньги в покупку земли и в торговые операции, а тратить их на роскошные пиры, а не на техническое оснащение производства.

Выдающийся полководец Александр Македонский (356 - 323 гг. до н. э.) покорил огромные территории в основном благодаря преимуществу своей военной техники. Его инженеры уже применяли подвижные осадные башни и устройства, способные метать не только большие стрелы, но и тяжелые ядра. Эти устройства, катапульты, называют торсионными (от лат, torsio - скручивание), потому что источником энергии в них служат пучки упругих жил или волос, укрепленных между опорами. Ядра массой до 80кг обычно имели 10-30 см в диаметре. Устройства, в зависимости от массы стрелы или ядра, метко стреляли на расстояние 100-300 шагов. Обслуживали их от четырех до десяти человек.

Одним из главных достижений римской техники по праву считают дороги. По сравнению с ними греческие дороги кажутся горными стежинками. их строили не столько торговых, сколько для военных целей, чтобы в случае необходимости легионы могли быстро попасть в любую точку государства. Именно поэтому дороги строили от 4 до 8 метров шириной и обязательно мощеными. Технология строительства была такой: после всех измерительных работ поверхность дороги очищали от всякой растительности и камней, выравнивали, потом с обеих ее сторон прокапывали сточные канавки. У основы дороги делали «подушку» глубиной около 1 метра из нескольких слоев песка, камней и гравия, смешанных с цементом и глиной. Выкладывалась дорогу крепким брукняком, скрепленным бетонной смесью, для прочности обрамляли каменным бордюром. После II в. н. э. строительство новых дорог пошло на спад, а к IV ст. государство едва могла поддерживать на должном уровне имеющиеся. В V в. по этим дорогах прошли варвары - ведь в любой дороги два конца, а все дороги вели в Рим.

В 476 г. н. э. вождь немецких наемников в Риме Одоакр сверг последнего римского императора Ромула Августула и провозгласил себя королем Италии. Могущественная Римская империя прекратила свое существования. Это историческое событие принято считать началом Средневековья. Племена, что разгромили Римскую империю, находились на низком уровне исторического развития: они не знали письменности, одевались в шкуры вместо тканого одежды. Тем временем варвары проявили замечательную способность быстро перенимать и совершенствовать чужие технические и культурные достижения.

Без общения и обмена достижениями с другими цивилизациями и культурами - арабской, византийской, индийской, китайской - современная европейская техническая цивилизация была бы просто невозможна.