Начните с четкой идеи. Простой механизм для детей — это базовое устройство, которое изменяет силу. Оно помогает поднимать, тянуть или перемещать легче и умнее. Шесть классических машин — это рычаг, колесо и ось, блок, наклонная плоскость, клин и винт. На самом деле, эти шесть классических простых машин широко признаны в инженерии и физике, как отмечено NASA.
Что такое простой механизм
Простыми словами, простой механизм изменяет направление или величину силы. Меньше усилий и больше ума выполняют работу. Детям нравится видеть, как повседневные инструменты действуют как маленькие помощники. Механическое преимущество (МА) простого механизма рассчитывается как отношение выходной силы к входной силе; например, в идеальном рычаге МА равно отношению длины плеча усилия к плечу сопротивления, что важно для понимания того, как эти машины работают и уменьшают усилия. Эта концепция подробно объясняется OpenStax.
Познакомьтесь с шестью простыми механизмами
Вот шесть простых механизмов, объясненных просто и игриво.
- Рычаг. Жесткая перекладина, которая вращается на опоре. Переместите опору, и вы измените, как сильно нужно нажимать. Подумайте о качелях, пинцетах и тачках.
- Колесо и ось. Большое колесо, вращающее меньшую ось, умножает движение. Представьте дверные ручки и тележки.
- Блок. Веревка через колесо. Больше сегментов веревки означает меньше усилий. На самом деле, в блочных системах идеальное механическое преимущество равно количеству поддерживающих сегментов веревки; например, система с тремя подвижными блоками (шесть поддерживающих нитей) имеет IMA = 6, что означает, что необходимая сила усилия составляет 1/6 от нагрузки, как описано Khan Academy.
- Наклонная плоскость. Пандус меняет силу на расстояние. Строители использовали пандусы для перемещения тяжелых камней давно.
- Клин. Движущийся пандус, который разделяет вещи. Ножи и топоры — это клинья в действии.
- Винт. Спиральный пандус. Поверните его, чтобы поднять или удержать. Крышки банок и болты ведут себя так.
Ключевые слова о простом механизме для детей
Используйте тактильные слова для обучения и исследования. Усилие — это толчок, который вы даете. Нагрузка — это то, что вы хотите переместить. Опора — это точка вращения. Механическое преимущество показывает, насколько легче машина делает задачу. Понимание эффективности машин также важно. Оно рассчитывается как отношение фактического механического преимущества к идеальному механическому преимуществу, умноженное на 100. Например, если IMA = 5 и AMA = 4, то Эффективность = (4 / 5) × 100% = 80%, что подчеркивает производительность простых машин и их эффективность, как обсуждается OpenStax.
Три быстрых десятиминутных сборки
Установите таймер на десять минут. Держите все легким, безопасным и полным смеха.
Тест рычага
Материалы: линейка, ластик, маленькая игрушка. Положите ластик под линейку как опору. Попробуйте поднять игрушку. Затем переместите опору ближе к нагрузке. Заметьте, какая позиция кажется легче.
Бег по пандусу
Материалы: книга в твердом переплете, доска или картон, игрушечная машина. Сделайте пандус и прокатите машину. Попробуйте разные наклоны. Затем спросите, какой наклон требует меньше усилий.
Мини-блок
Материалы: катушка или маленькое колесо, веревка, чашка, легкий объект. Оберните веревку вокруг колеса и тяните, чтобы поднять. Посчитайте, сколько сегментов веревки поддерживают чашку. Тщательно наблюдайте.
Безопасность и краткая история
Безопасность прежде всего. Используйте легкие нагрузки. Не используйте острые инструменты без помощи взрослых. Избегайте мелких деталей, которые могут стать причиной удушья для малышей. Держите пальцы подальше при тестировании клиньев и винтов.
Краткая история. Концепция простых машин восходит к древней Греции, когда Архимед (около 287–212 гг. до н.э.) изучал рычаг, блок и винт, открывая принцип механического преимущества в рычаге, иллюстрируя их давнее значение в инженерии и физике, как отмечено на Википедии. Древние строители использовали пандусы и рычаги для перемещения гигантских камней. Архимед писал о рычагах. Галилей изучал наклонные плоскости и движение. Эти идеи сформировали многие инструменты, которые мы используем сегодня.
Почему простой механизм для детей важен
Практическая игра развивает физическую интуицию о силах. Дети учат слова, измеряют изменения, делают прогнозы и проверяют идеи. Составные машины объединяют части. Например, ножницы — это рычаги плюс клин. Велосипеды сочетают колеса, оси и рычаги.
Попробуйте эти вопросы
- Что изменилось, когда мы переместили опору?
- Стало ли легче? Где была нагрузка?
- Сколько сегментов веревки держали чашку?
Прочитайте или послушайте историю о Простом механизме сейчас: Для 3-5 лет, Для 6-8 лет, Для 8-10 лет, и Для 10-12 лет.
Наконец, найдите полную страницу концепции Простого механизма на Storypie для получения дополнительных ресурсов и историй. Посетите Storypie, чтобы исследовать и слушать.
