Глава 2. Изучение в курсе физики основных направлений научно-технического прогресса

§ 1. Механизация производства

Механизация производства, т. е. широкое и комплексное применение различных машин и механизмов в строительстве, энергетике, на транспорте, в промышленном и сельскохозяйственном производстве, приводит к резкому повышению производительности труда.

В десятой пятилетке особенно остро встал вопрос о создании новых высокопроизводительных машин, экономичном оборудовании с укрупненными единичными мощностями, повышенной надежностью, долговечностью. Только используя такое оборудование, можно добиться повышения эффективности и качества продукции.

Большое значение приобретает также переход от создания и внедрения отдельных машин к разработке и внедрению систем машин, целиком охватывающих весь технологический процесс, механизацию и автоматизацию трудоемких видов производства.

С механизацией как важнейшим направлением научно-технического прогресса учащихся приходится знакомить главным образом при изучении механики. В современном промышленном и сельскохозяйственном производстве применяются многие сложные машины. Разумеется, на уроках физики невозможно, да и не нужно изучать устройство и действие этих машин, тем более что в каждой из них используются многие законы из разных областей знаний. Например, чтобы разобраться в современном токарном станке, кроме знания механики, требуется знание электроники, автоматики и др. Однако необходимо, чтобы каждый ученик научился различать в любой машине три ее основные части: двигатель, передаточные механизмы и исполнительные механизмы (рабочую часть). Эти части машин показаны на блок-схеме (рис. 2). Важно, чтобы школьники понимали, на использовании каких законов механики основывается работа каждой из этих частей.

Рис. 2

Общие сведения о машинах получают конкретизацию при изучении всего раздела механики, а некоторые из них - в других разделах физики. Например, физические основы действия различных двигателей изучаются в разделах "Молекулярная физика" и "Электродинамика". Но уже в механике при изучении законов сохранения нужно проследить за цепью превращений энергии в различных машинах.

Все превращения энергии подчиняются закону сохранения энергии - ни один двигатель не может произвести больше работы, чем затрачено энергии. Более того, в реальных двигателях часть энергии неизбежно теряется из-за трения, и чем больше этапов передачи движения, всегда сопровождающейся превращениями энергии, тем больше ее суммарные потери.

Назначение передаточных механизмов - передавать движение от двигателей к орудиям, выполняющим определенные производственные процессы. Эта передача осуществляется с помощью валов, шкивов и ремней, зубчатых колес.

Знания, которые нужны, чтобы разобраться в действии передаточных механизмов, учащиеся получают при изучении кинематики. Например, знание понятия линейной и угловой скорости поможет им разобраться в принципе действия ременной и зубчатой передач.

Рис. 3. Использование ременной передачи

На рисунке 3 показана ременная передача, соединяющая два шкива. Так как линейная скорость всех точек ремня, соединяющего шкивы, одинакова, то можно записать:

но

(r₁ и r₂ - соответственно радиусы шкивов).

Отсюда

или

Так же легко показать, что в зубчатой передаче (рис. 4) числа оборотов (n₁ и n₂) шестерен и числа их зубцов (Z₁ и Z₂) связаны соотношением:

Рис. 4. Использование зубчатой передачи

Рабочие части машины - резец, сверло, режущий и молотильный аппараты комбайна и др.- осуществляют движения, необходимые для выполнения машиной определенных производственных процессов. Например, в токарном станке к вращающемуся изделию подводится резец, который снимает стружку и обтачивает изделие, в сверлильном станке к изделию подводится сверло, с помощью которого получают отверстия нужного размера и формы и т. д.

С элементами механизации производства учащихся следует знакомить уже в VI классе. Далее эта работа продолжается в VIII классе. Рассмотрим рекомендуемый материал по отдельным темам курса физики.