Природознавство - розробки уроків уроків

ТЕМА 3. РУКОТВОРНІ СИСТЕМИ


УРОК 22

ТЕМА. ПРОСТІ ТА СКЛАДНІ МЕХАНІЗМИ


Мета уроку: навчальна — ознайомити учнів із простими механізмами, з'ясувати принципи їхньої роботи; розвиваюча — розвивати увагу, логічне мислення, пам'ять; виховна — виховувати повагу до праці.

Основні поняття: колесо, клин, важіль, блок; коловорот, похила площина, гвинт.

Методи уроку: словесний (бесіда), наочний (знайомство із простими та складними механізмами, відомими школярам у вигляді побутових предметів).

Обладнання: щипці для горіхів, відкривачка для пляшок, консервний ніж, давильниця для часнику, ножиці, обценьки, викрутка, штопор.

Тип уроку: засвоєння нових знань та вмінь.

Міжпредметні зв'язки: фізика (7 клас).

Структура уроку

І. Перевірка домашнього завдання

II. Повідомлення теми, мети й завдань уроку

III. Актуалізація опорних знань учнів, їхнього попереднього досвіду

IV. Викладення основного матеріалу

1. Прості механізми та їх приклади.

2. Складні механізми та їх приклади.

V. Підбиття підсумків уроку

VI. Домашнє завдання


Хід уроку

I. ПЕРЕВІРКА ДОМАШНЬОГО ЗАВДАННЯ

— Запитання до учнів

1. Які явища природи свідчать про існування сили тяжіння в природі?

2. Чому стебла рослин, гілки дерев не ламаються під дією вітру, сильного дощу з градом або снігу?

3. Скажіть, що б сталося, якби на Землі зникла сила тертя?

II. ПОВІДОМЛЕННЯ ТЕМИ, МЕТИ Й ЗАВДАНЬ УРОКУ

III. АКТУАЛІЗАЦІЯ ОПОРНИХ ЗНАНЬ УЧНІВ, ЇХНЬОГО ПОПЕРЕДНЬОГО ДОСВІДУ

Упродовж тривалого часу людина використовувала для переміщення тіл силу власних м’язів або силу м’язів тварин.

— Яких тварин люди привчили до переміщення вантажів? (Коней, віслюків, слонів, верблюдів, оленів, волів і навіть собак.)

Однак можливості м’язів обмежені, тож люди навчилися створювати й використовувати пристосування, що дозволяють одержати виграш у силі.

IV. ВИКЛАДЕННЯ ОСНОВНОГО МАТЕРІАЛУ

Пристосування, що збільшують силу, прикладену до тіла, або змінюють її напрямок, називають механізмами.

1. Прості механізми та їх приклади

1). Колесо.

— Завдання у робочому зошиті

— Запитання до учнів

— Для чого слугує колесо? (Щоб переміщати вантажі або людей. Зменшує силу тертя.)

2). Клин — це трикутний кусок металу або дерева із загостреним кінцем.

— Запитання до учнів

— Для чого слугує клин? (Щоб розколювати кам’яні або дерев’яні куски.)

3). Важіль.

— Запитання до учнів

— Для чого слугує важіль? (Щоб піднімати важкі предмети.)

Різновидами важеля є такі давно знайомі нам предмети, як коромисло, лапа, лом, весло, викрутка.

Головна вимога щодо використання важеля — наявність точки опори. Нею можуть бути плечі людини, спеціальна підставка тощо. Недоліком важеля є те, що з його допомогою не можна підняти вантаж на значну висоту.

4). Блок — це колесо із заглибленням по ребру для мотузки або ланцюга. Блок підвішують високо над землею — вище, ніж потрібно піднімати різні предмети. Через блок перекидають міцну мотузку або ланцюг, до якої підвішують вантаж.

Блок змінює напрямок дії сили.

5). Коловорот — це металевий стрижень зигзагоподібної форми.

6). Похила площина.

Похила площина, подібно до важеля, допомагає виграти в силі при підйомі (переміщенні) важких тіл.

7). Гвинт — це металевий стрижень зі спіралеподібним зовнішнім різьбленням. Слугує для закріплення зовнішніх деталей на площині або скріплювання деталей одна з одною.

2. Складні механізми та їх приклади

Складні механізми утворені з двох або більше простих механізмів, наприклад:

1). Ножиці — складаються з двох важелів, скріплених шурупом. Чим товщий матеріал, який ріжуть ножиці, тим довші їхні ручки. Довжина ручок ножиць ніби додає сили людським рукам.

2). Консервний ніж — це з’єднані клин і два важелі.

3). Щипці для горіхів і давильниця для часнику — так само з’єднують два важелі.

Значний внесок у теорію простих механізмів зробив давньогрецький учений і винахідник Архімед. Сконструйовані ним машини й механізми допомагали обороняти грецькі міста від ворогів, подавали воду .для зрошування на поля, переміщали вантажі при будівництві.

— Завдання у робочому зошиті

V. ПІДБИТТЯ ПІДСУМКІВ УРОКУ

— Запитання до учнів

— Для чого потрібні механізми? (Щоб збільшувати силу, прикладену до тіла, або змінювати її напрямок.)

— Назвіть прості механізми, які ми вивчили на уроці. (Колесо, клин, важіль, блок, коловорот, похила площина, гвинт.)

— Чим складний механізм відрізняється від простого? (Складний механізм з’єднує два або більше простих механізмів.)

VI. ДОМАШНЄ ЗАВДАННЯ

Дати відповіді на запитання після параграфа.

— Завдання у робочому зошиті


ДОДАТКОВИЙ МАТЕРІАЛ ДО УРОКУ

Прості та складні механізми

У середині XIX ст. виникла наука про походження й розвиток людини — антропологія (від грец. antropos — людина і logos — слово, вчення). Згідно з антропологічними дослідженнями, техніка, тобто штучні, свідомо створювані матеріальні засоби діяльності людей, могла виникнути тільки після того, як розвиток тварин, що тривав мільйони років, досяг певного рівня. Спочатку людина навчилася використовувати як знаряддя природні предмети, спершу випадково, потім систематично. Підходящі за формою та міцністю роги, зуби й великі кістки тварин стали чудовим засобом захисту від нападу, проте ці підручні засоби ще не були технікою.

Однією з головних відмінностей людини від тварини є її вміння не тільки використовувати підручні засоби, але й вигадувати, виготовляти й застосовувати техніку. Учені вважають, що предками технічних винахідників були австралопітеки (від латин, australis — південний і грец. pitekos — мавпа). Ці істоти мали зріст близько 1,5 м і масу тіла приблизно 40-50 кг, жили приблизно 5,5-1 млн. років тому. Вони ходили не так, як мавпи — на чотирьох кінцівках, а прямо, як людина. Рештки австралопітека африканського, який уже був схожий на людину, але й ще вмів виготовляти знаряддя праці, першим знайшов у 1922 році англійський археолог Раймонд Дарт у Південній Африці. Саме він і назвав свою знахідку південною мавпою. Австралопітека африканського вважають справжнім предком людини.

Уміння винаходити, виготовляти й використовувати техніку — така сама ознака людини, як ходіння на двох ногах, здатність до мислення, мовлення та спільна праця. Інакше кажучи, людина, техніка, мова та суспільство й спільна праця виникли в результаті одного процесу — поступового перетворення найдавніших нащадків у людей сучасного типу.

Багато тварин здатні до складних дій, дуже схожих на розумові. Бобри споруджують греблі. Майстерно зроблені термітники, бджолині соти й пташині гнізда. Однак, створюючи їх, тварини діють інстинктивно — так, як їм диктує природжений або, безумовний, рефлекс. Споруджаючи житло, вони не винаходять, а лише відтворюють дії, запрограмовані природою для кожного конкретного виду. Саме тому гніздо ластівки наприкінці XX ст. має такий самий вигляд, як і багато століть тому.

Тим часом люди при створенні техніки й будівель діють не інстинктивно, а свідомо, розумно: заздалегідь визначають мету, обмірковують спосіб і засоби її досягнення, підбирають необхідний матеріал, намічають послідовність операцій. Інакше кажучи, ще до того, як стати до виготовлення техніки, людина ніби створює її в голові, у думках, тобто розробляє проект того, що їй потрібно. А проектування — це вже творчість, свідоме творення нового, того, чого в природі ще не існувало. На такі дії до людини не була здатна жодна тварина.

Серед різноманітних технічних винаходів найвіддаленішого минулого людей найкраще збереглися виготовлені первісною людиною кам’яні знаряддя. Пізніше люди навчилися не тільки брати в природи готову їжу, рослинні волокна, куски дерева або природного каменю, але й виготовляти з природних речовин нові, штучні матеріали й предмети.

Спочатку матеріальне виробництво мало впливало на природу. Але з кожним тисячоліттям обсяг штучно створених технічних виробів збільшувався, й потреби людини в природних матеріалах зростали. Слід сказати, що техніка має одну особливість: одного разу створена, техніка виконує свої завдання доти, доки повністю не вийде з ладу. А це може статися і через місяць, і через тисячу років. «Робочі властивості» гирі для ваг, яку археологи знайшли в руїнах Вавилона, сьогодні ті самі, що й у давні часи: покладена на ваги, вона чудово впорається зі своїм завданням. Кам’яною сокирою, що лежить під склом у музеї, можна рубати ліс. Не заборонено користуватися чорнильницею й підструженим гусячим пером при виконанні домашнього завдання... Чому ж нікому всерйоз не спадає на думку так робити? Не тому, що ці предмети змінилися фізично, а тому, що люди вже давно користуються іншими, більш зручними. Техніку, яка зберегла свої якості, але яку замінили більш сучасні пристрої, називають «морально застарілою». Те саме можна сказати й про матеріали для виготовлення механізмів. Кам’яний вік поступився місцем мідному, а потім — бронзовому й залізному. Залізні руди зустрічаються частіше, ніж мідні, а тим більше олов’яні (бронза — це сплав міді й олова). Ферум — один із найпоширеніших у земній корі хімічних елементів. Знаряддя й зброя зі сплавів заліза міцні, їх можна загартовувати, вони не іржавіють. Дотепер залізо та його різноманітні сплави залишаються найважливішими технічними матеріалами. Із них виготовлено близько 95% усієї металевої продукції світу. Отже, можна сказати, що залізне століття, яке розпочалося близько 3 тис. років тому, триває й дотепер.

Механізми шумерів Месопотамії

Одним із найдавніших осередків світової культури є Месопотамія, що в перекладі з грецької мови означає «межиріччя». Цю територію назвали так не випадково: вона розташовувалася між двома великими річками — Тигром та Євфратом. Тут у IV- III тис. до н. е. розвивалися міста-держави шумерів. Люди, які мешкали там, були чудовими трудівниками. Вони побудували величезну іригаційну систему — канали, по яких вода текла повз кожне село до полів. Гончарний круг для виготовлення глиняного посуду та спеціальні печі для її випалу — теж винаходи шумерів. Пізніше вони вигадали, як будувати будинки з глини. Її сушили в особливих формах — так виходила цегла. Перші цегляні будівлі були дуже прості, але згодом майстри-муляри навчилися споруджувати складні східчасті конструкції, що нагадують сучасні арки, куполи й склепіння. Вони ж таки створили найдавнішу на землі писемність. Її знаки схожі на клини, прямі й гострі кути, звідси й назва — клинопис. Шумери писали на глиняних табличках.

Близько 5 тис. років тому шумери винайшли колесо — найбільший винахід в історії техніки. І справді, сокира, мотика та кайло — є не що інше, як удосконалений кийок, спис і дротик — видозмінена палиця. Вигадавши колесо, людина не просто вдосконалила предмети, що мають природне походження, а виготовила щось абсолютно нове. Учені припускають, що перші колеса були створені в Шумері приблизно 5200 років тому.

До винаходу колеса вантажі по суші переміщали за допомогою качалок і важелів. Із розвитком скотарства почали використовувати в’ючних тварин, з’явилися безколісні волокуші, що стали прообразом саней. Колісний візок складається з коліс, осей, на які їх насаджують, і місця для вантажу. Дуже важливою в ньому є упряж — технічне пристосування, що дозволяє впрягати тяглову тварину (віслюка, мула або коня). Цікаво, що дерев’яний хомут (частина упряжі, яку вдягають на шию тварини, у вигляді дерев’яного каркаса, вкритого м’яким валиком, що перешкоджає натиранню її шиї) спочатку закріплювали на голові тварини й набагато пізніше -— на її шиї. Щоб колеса не загрузали в піску, вулиці у своїх містах шумери почали покривати асфальтом. Звісно, це був не той асфальт, який застосовують сьогодні, але, по суті справи, саме шумери першими стали просочувати ґрунт в’язким бітумом — загусклою нафтою.

Белика цивілізація в долині Нілу

Археологічні розкопки в долині Нілу велися давно й дуже наполегливо. Саме тому про Стародавній Єгипет відомо набагато більше, ніж про Шумер. У Єгипті було знайдено перше зображення спеціального водо-поливного пристрою, що зберігся до наших днів,— шадуфа. Його датують XIV ст. до н. е. З його допомогою один працівник міг за годину підняти з колодязя на двометрову висоту 3400 літрів води.

Він схожий на журавель — довгий важіль на стовпі з противагою. Такі журавлі дотепер можна зустріти на колодязях у багатьох селах України й Росії. На Сході шадуф застосовували впродовж тривалого часу.

Пізніше винайшли, а потім і вдосконалили водопідіймальне колесо — «прадідуся» водяного млина. На цьому дерев’яному колесі закріплювалися глечики, які набирали й піднімали воду в міру його обертання.

Тисячі років тому в Єгипті був розвинений поховальний культ. Тут-таки, у ділянці будівництва, єгиптяни зробили найбільші технічні досягнення. На початку III тис. до н. е. вони стали споруджувати величезні піраміди — усипальниці для своїх фараонів. Сучасним ученим знадобилося не одне десятиліття, щоб вивчити їхню будову й довести, що такі величні споруди створені за допомогою найпростіших механізмів.

Мешканці Західної Європи дізналися про ці грандіозні споруди після Єгипетського походу (1798-1801 pp.) генерала

Бонапарта (майбутнього імператора Франції): саме тоді були зроблені перші описи будови гробниць. Сучасною наукою доведено, що будівельна техніка давніх часів дозволяла зводити такі монументальні споруди. Блоки з вапняку вирубували в каменоломнях і тут-таки, на місці, обробляли — обтісували (вирівнювали поверхню) та полірували. Цю операцію виконували мідними інструментами. Каміння обробляли так ретельно, щоб надалі блоки щільно прилягали один до одного. Майстри домагалися дивних результатів — і через тисячоліття між гранями сусідніх плит не можна протягти навіть нитку. Потому, використовуючи полози-волокуші й прості важелі для підйому цих блоків, багатотонні блоки вантажили на баржі й у період розливу Нілу по спеціально проритих каналах відправляли до місця будівництва. Сам процес зведення піраміди не складний, але трудомісткий. Для кладки використовували глиняний розчин. На горішні ряди кладки блоки піднімали по похилих насипах, споруджених з невипаленої цегли. Затягували блоки на канатах мідними гаками. Одним словом, головна таємниця пірамід — працьовитість і талант людини!

Сім чудес світу

Чудесами світу греки називали найбільш прославлені, згідно зі своїми уявленнями, технічні споруди. Усього таких чудес світу налічували сім: давньоєгипетські піраміди, храм Артеміди в Ефесі, мавзолей у Гелікарнасі, висячі сади Семіраміди у Вавилоні, статуя Зевса в Олімпії, статуя Геліоса на острові Родос і маяк в Александрії.

Хараппська культура

У 1922 році індійський археолог Р. Д. Банерджі, розкопуючи пагорби в долині ріки Інд, знайшов іще один осередок найдавнішої світової культури. Учені назвали його Хараппською цивілізацією (середина III — перша половина II тис. до н. е.), розвивалася вона на території сучасних держав Індії та Пакистану. Її центрами були два міста — Хараппа та Мохенджо-Даро. Крім умінь, характерних для давніх єгиптян (обробка міді та бронзи, зрошування полів, використання плуга), хараппці вміли вирощувати бавовну, опанували прядіння волокон і ткання з них. Учені вважають, що тоді ж таки вперше люди приручили слонів. Вулиці Хараппи сягали 10 метрів завширшки, їх прокладали точно за планом і так, щоб вони перетиналися під прямим кутом. Місто було обладнане водостоками, які наповнювалися в період дощів; існувала система колодязів і навіть загальноміська каналізація.

Стародавній Китай

Судячи зі знахідок археологів, первісні люди в Китаї пройшли у своєму розвитку ті самі стадії, що і в Африці єгиптяни та в Європі шумери й хараппи. У XVIII- XII ст. до н. е. у Китаї існувала держава Інь. Її жителі володіли мистецтвом виплавляти бронзу, мали розвинену писемність. Місцеві майстри знали секрети вироблення шовкових тканин, виготовляли кераміку з глазур’ю. У І тис. до н. е. в Китаї розпочалося спорудження зрошувальних систем. Для захисту країни від нападу ворогів у III ст. до н. е. китайці стали до зведення однієї з найграндіозніших інженерних споруд давнини — Великої Китайської стіни — величної фортечної споруди на півночі Китаю. За різними оцінками, довжина стіни сягає 4-6 тис. кілометрів, а висота — 6,6 метра.

Великі культури Америки

Людина потрапила в Америку з Північно-Східної Азії близько 25 тис. років тому. Тим часом цивілізації виникли тут значно пізніше — у І—II ст. н. е. Швидкий розвиток культур Америки був трагічно Перерваний у XV- XVI ст. нашестям іспанців та португальців. Під час цього вторгнення знищувалися безцінні пам’ятники культури й техніки.

Учені дійшли висновку, що американські землеробські цивілізації пройшли приблизно ті самі стадії технічного й економічного становлення, що й Єгипет, Шумер, стародавні держави Індії та Китаю. Щоправда, вони мали й свої особливості. Так, гончарний круг і металургія не були відомі місцевим жителям, доки не прийшли іспанці. Індіанці так і не винайшли колеса й колісці візки, не використовували свійських тяглових і в’ючних тварин.

Техніка Стародавньої Греції та Риму

В Античну епоху в сільському господарстві, ремеслах, металургії, будівництві й транспорті повільно, але безперервно поліпшували вже відомі технічні засоби й винаходили нові. Досить назвати токарський верстат, що вперше з’явився в Стародавній Греції, косу та механічну жниварку, що їх винайшли римляни. Видатний давньогрецький філософ Аристотель вважав, що у світі існує два роди речей: одні — «за природою», а інші — «проти природи». Скажімо, важке «за природою» завжди прагне вниз, тому, коли ми його піднімаємо вгору, то діємо ніби «проти природи». Таким чином, виходить, що будь-які механічні пристосування й узагалі вся техніка спрямовані «проти природи». Але це непогано. У творі «Механічні проблеми», що належить, одному з учнів Аристотеля, написано, що одні чудові речі відбуваються згідно з природою, а інші — проти неї, причому останні здійснюються для користі людей за допомогою техніки. Ту частину техніки, яка допомагає вирішити людині ці труднощі, так і назвали — механіка, що в перекладі з грецької мови означає «мистецтво побудови машин».

Однак рабовласницьке господарство античних держав із його дешевою робочою силою не мало потреби в заміні ручної праці. Навіщо винаходити, а потім будувати коштовну машину, якщо можна за безцінь купити трохи рабів? Греки й римляни воліли вкладати гроші в купівлю землі й у торговельні операції, а витрачати їх на розкішні бенкети, а не на технічне оснащення виробництва.

Видатний полководець Олександр Македонський (356— 323 pp. до н. е.) підкорив величезні території здебільшого завдяки перевазі своєї військової техніки. Його інженери вже застосовували рухомі облогові вежі й пристрої, здатні метати не тільки великі стріли, але й важкі ядра. Ці пристрої, катапульти, називають торсіонними (від латин, torsio — скручування), тому що джерелом енергії в них служать пучки пружних жил або волосся, укріплених між опорами. Ядра масою до 80кг зазвичай мали 10—30 см у діаметрі. Пристрої, залежно від маси стріли або ядра, влучно стріляли на відстань 100-300 кроків. Обслуговували їх від чотирьох до десяти чоловік.

Одним із головних досягнень римської техніки по праву вважають дороги. Порівняно з ними грецькі дороги здаються гірськими стежинками. їх будували не стільки для торговельних, скільки для військових цілей, щоб у разі потреби легіони могли швидко потрапити в будь-яку точку держави. Саме тому дороги будували від 4 до 8 метрів завширшки й обов’язково брукованими. Технологія будівництва була такою: після всіх вимірювальних робіт поверхню дороги очищали від усілякої рослинності та каменів, вирівнювали, потім з обох її боків прокопували стічні канавки. Біля основи дороги робили «подушку» завглибшки близько 1 метра з кількох шарів піску, каменів та гравію, змішаних із цементом і глиною. Вимощували дорогу міцним брукняком, скріпленим бетонною сумішшю, для міцності обрамляли кам’яним бордюром. Після II ст. н. е. будівництво нових доріг пішло на спад, а до IV ст. держава ледь могла підтримувати на належному рівні наявні. У V ст. по цих дорогах пройшли варвари — адже в будь-якої дороги два кінці, а всі дороги вели в Рим.

У 476 р. н. е. вождь німецьких найманців у Римі Одоакр скинув останнього римського імператора Ромула Августула й проголосив себе королем Італії. Могутня Римська імперія припинила своє існування. Цю історичну подію прийнято вважати початком Середньовіччя. Племена, що розгромили Римську імперію, перебували на низькому рівні історичного розвитку: вони не знали писемності, одягалися в шкури замість тканого одягу. Тим часом варвари виявили чудову здатність швидко переймати й удосконалювати чужі технічні та культурні досягнення.

Без спілкування й обміну досягненнями з іншими цивілізаціями та культурами — арабською, візантійською, індійською, китайською — сучасна європейська технічна цивілізація була б просто неможлива.





Відвідайте наш новий сайт - Матеріали для Нової української школи - планування, розробки уроків, дидактичні та методичні матеріали, підручники та зошити