МАШИНИ, ЇХНЯ РОЛЬ У ЖИТТІ ЛЮДИНИ. РЕЧОВИНИ ТА МАТЕРІАЛИ, З ЯКИХ ВИГОТОВЛЯЮТЬ МАШИНИ
ТЕМА 3. РУКОТВОРНІ СИСТЕМИ
УРОК 24
ТЕМА. МАШИНИ, ЇХНЯ РОЛЬ У ЖИТТІ ЛЮДИНИ. РЕЧОВИНИ ТА МАТЕРІАЛИ, З ЯКИХ ВИГОТОВЛЯЮТЬ МАШИНИ
Мета уроку: навчальна – з’ясувати головну відмінність машин від механізмів, ознайомити з назвою та функціями трьох головних частин будь-якої машини, а також сучасними матеріалами, з яких виготовляють машини; розвиваюча – розвивати творчі здібності учнів, спостережливість і логічне мислення; виховна – виховувати в школярів повагу до людської праці, дбайливе ставлення до майна, переконувати в торжестві
Основні поняття: машини, робочий орган, двигун, комбайн, каркас, сплави, композити. Методи уроку: словесний (бесіда), порівняльний.
Обладнання: лінійка, гумка, фотографії або рисунки із зображенням сучасних машин (автомобіль, комп’ютер, швейна машина, пральна машина, телевізор тощо).
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.
2. У чому полягає функція робочого органа машини.
3. У чому полягає функція двигуна машини, які типи двигунів бувають.
4. Що називають комбайном.
5. Матеріали, з яких виготовляють сучасні машини, їхні головні властивості.
V. Підбиття підсумків уроку
VI. Домашнє завдання
Хід уроку
І. ПЕРЕВІРКА ДОМАШНЬОГО ЗАВДАННЯ
– Запитання і завдання до учнів
1. Сформулюйте визначення механічної роботи. Напишіть на дошці формулу, за якою обчислюють роботу.
2. Що називають енергією? Пригадайте відомі вам види енергії.
3. Практичне завдання. Покласти лінійку одним кінцем на край столу так, щоб не менше половини довжини лінійки звисало з краю столу. Притримуючи частину лінійки, що лежить на столі, учитель рукою відтягує другий кінець лінійки вниз.
– Що відбувається з лінійкою? (Вона зігнулася, деформувалася.)
– Чи буде вона в такому стані мати енергію, тобто здатність виконувати роботу? (Так, буде.)
– Як довести, що в такому стані лінійка має енергію, тобто здатність виконувати роботу? (У такому стані лінійка здатна перемістити в просторі якесь неважке тіло, наприклад гумку. Для цього потрібно на відтягнутий донизу край лінійки покласти це тіло й відпустити лінійку. Лінійка підкине тіло вгору.)
4. Заповніть правий стовпчик таблиці власними прикладами (завдання виконується письмово на дошці).
Види енергії | Машини, пристрої або прилади, що використовують даний вид енергії |
1. Механічна | Велосипед, м’ясорубка, ролики |
2. Електрична | Комп’ютер, вентилятор, міксер, кавомолка |
3. Енергія палива | Автомобіль, газонокосарка, бензопила |
4. Сонячна | Сонячні батареї |
5. Атомна | Атомні електростанції |
5. Доведіть, що їжа, яку ми вживаємо, має внутрішню енергію.
II. ПОВІДОМЛЕННЯ ТЕМИ, МЕТИ Й ЗАВДАНЬ УРОКУ
III. АКТУАЛІЗАЦІЯ ОПОРНИХ ЗНАНЬ УЧНІВ, ЇХНЬОГО ПОПЕРЕДНЬОГО ДОСВІДУ
Спочатку для полегшення своєї праці людина винайшла прості механізми.
– Пригадайте приклади простих механізмів. (Колесо, гвинт, коловорот, блок, клин, важіль, похила площина.)
Об’єднавши кілька простих механізмів, людина одержала складні механізми. Але й цього виявилося замало. Потрібні були більш складні пристрої, які допомагали б людині виконувати необхідну роботу. Так з’явилися машини.
– Завдання у робочому зошиті
IV. ВИКЛАДЕННЯ ОСНОВНОГО МАТЕРІАЛУ
– Слово вчителя
На відміну від механізмів, машини – дуже складні пристрої. Слово “машина” почали широко використовувати тільки у XVIII ст. у Франції. Під час індустріальної революції, що розпочалася в цій країні, у багатьох виробництвах стали використовувати машини. У перекладі з французької мови це слово означає “пристрій, знаряддя”.
1. З яких основних частин складається кожна машина
Кожна машина складається із трьох головних частин: Двигун + робочий орган + єднальний механізм.
Двигун споживає й перетворює енергію.
Робочий орган машини виконує корисну для людини роботу.
Єднальний механізм поєднує робочий орган і двигун.
2. У чому полягає функція робочого органа машини 0 Бесіда
– Що є робочим органом будь-якого транспортного засобу (тачки, велосипеда, потяга)? (Колесо.)
– Яке головне призначення робочого органа? (Переміщення вантажів і людей.)
– Що є робочим органом дриля? (Свердло.)
– Яке головне призначення свердла? (Свердлити отвори в матеріалах.)
– Як називається робочий орган телевізора? {Екран.)
– Яке головне призначення екрана? (Передавати зображення.)
3. У чому полягає завдання двигуна машини, які типи двигунів бувають
– На які види поділяють двигуни залежно від виду енергії, яку вони споживають? (Електричний (у пилососа, мікрохвильової печі, холодильника), двигун внутрішнього згоряння (в автомобіля, вантажівки) і дизельний (у тепловоза, вантажівки, теплохода).)
– Який вид енергії використовують двигун внутрішнього згоряння та дизельний двигун? (Хімічну енергію палива: бензину або солярки.)
Отже, головна відмінність машин від механізмів – перетворення енергії з одного виду на інший.
4. Що називають комбайном
Для сучасних машин характерне поєднання кількох машин в одну. Машину, що може виконувати кілька різних функцій, називають комбайном, від англійського combine – з’єднання.
– Які завдання може виконувати кухонний комбайн? (Він поєднує м’ясорубку, міксер, соковижималку й кавомолку.)
– Які операції виконує сільськогосподарський комбайн? (Збирає врожай і здійснює його первинну обробку (обмолочує зерно або подрібнює чайне листя).)
– Які функції поєднує сучасний мобільний телефон? (Окрім телефонного зв’язку й передачі повідомлень, у ньому є фото – й відеокамера, можливість виходу за допомогою телефону в Інтернет, електронна записна книжка.)
5. Матеріали, з яких виготовляють сучасні машини, їхні головні властивості
– З яких матеріалів людина виготовляла перші механізми? (З каменю, деревини, шкіри та жил тварин.)
– Які сучасні матеріали використовують при виготовленні машин у наші дні? (Метали, пластмаси, кераміку, гуму (натуральну й штучну), скло.)
– Якими властивостями мають характеризуватися сучасні матеріали, які використовують для виготовлення машин? (Сучасні конструкційні матеріали мають бути міцними, стійкими до зношування та іржавіння, легкими й привабливими на вигляд.)
Дуже часто один матеріал не має всіх необхідних якостей, тоді для створення однієї деталі використовують поєднання двох або кількох матеріалів, кожний із яких своїми властивостями доповнює інші.
– Наприклад, рами сучасних вікон часто виготовлять не з деревини, що потребує періодичного фарбування і швидко гниє під впливом атмосферної вологи, а з інших матеріалів. Яких саме? (Із метало-пластику. Металевий каркас (основа) таких рам надає їм міцності, а зовнішнє пластикове покриття (часто під колір натуральної деревини) робить ці рами красивими й стійкими до зношування.)
– З яких матеріалів виготовляють сучасні зубні протези? (Із металокераміки. Металева основа такого зубного протеза – гарантія його міцності, а зовнішня керамічна форма повторює вигляд живого зуба.)
Матеріали, до складу яких входить кілька компонентів, одержали назву композити (від латин, composio – складання).
Ще одна група матеріалів, яких не існує в природі,- сплави. Сплав – це однорідний матеріал, який одержують шляхом плавлення (з’єднування в рідкому стані) двох або більше металів. У сучасному машинобудуванні майже не використовують чисті метали, які складаються з атомів тільки одного хімічного елемента. Сплави твердіші, міцніші, не бояться контакту з водою (не іржавіють). Прикладами сплавів можуть бути латунь (сплав міді із цинком), бронза (сплав міді з оловом), легована сталь (сплав заліза з іншими металами — нікелем, титаном). Титанові сплави легкі й можуть не втрачати міцності при температурах 500-800 °С. Вони незамінні в авіації та космічній техніці.
– Завдання у робочому зошиті
V. ПІДБИТТЯ ПІДСУМКІВ УРОКУ
– Запитання до учнів
– У чому головна відмінність машин від механізмів? (Машини перетворюють один вид енергії на інший.)
– Як називається частина машини, що здійснює ці перетворення? (Двигун.)
– Як називається частина машини, що виконує корисну для людини роботу? (Робочий орган.)
– Якщо кожна машина – поєднання багатьох складних деталей, створених і зібраних людиною, чим тоді є кожна машина? (Рукотворною системою.)
VI. ДОМАШНЄ ЗАВДАННЯ
ДОДАТКОВИЙ МАТЕРІАЛ ДО УРОКУ
Речовини й матеріали, з яких виготовляють машини
Метали
Метали – це прості речовини, яким притаманні за звичайних умов характерні властивості: висока електро – і теплопровідність, пластичність, ковкість тощо. У твердому стані вони мають кристалічну будову.
Знайомство людини з деякими металами, наприклад із золотом, сріблом, міддю, оловом, свинцем, залізом, ртуттю, розпочалося ще в далеку давнину. У міру їхнього використання й вивчення була складена класифікація. Згідно з нею, метали поділяють на чорні (залізо й сплави на його основі) і кольорові (мідь, цинк, свинець, олово, нікель тощо). Кольорові метали, у свою чергу, поділяють на важкі, з густиною, більшою ніж у заліза (мідь, ртуть, олово тощо), легкі (алюміній, магній, берилій, літій), благородні (золото, срібло, платина) та рідкісні (ванадій, вольфрам, молібден, тантал тощо).
Серед найважливіших для сучасної техніки металів найпоширенішими в природі є алюміній (8,8 %), залізо (5,1 %), магній (2,1 %) і титан (0,6 %). їх виплавляють із руд, у чистому вигляді вони в природі не зустрічаються. Самородні, тобто чисті метали, наприклад золото, у природі зустрічаються дуже рідко.
Руда – це суміш різних мінералів, один або два з яких – метали. Руду добувають і готують до переробки гірничодобувні підприємства. Так, залізорудні родовища розробляють двома способами. Якщо руда залягає глибоко – то в шахтах, якщо близько до поверхні – то так званим відкритим способом, тобто в кар’єрах.
Руда містить не тільки метали, але й порожню (мертву) породу (непотрібні для промисловості домішки). Залізну руду вважають багатою, якщо частка заліза в ній становить 30-50 %. Покладів таких руд на Землі дуже багато.
Слід зазначити, що великі родовища руд кольорових металів зустрічаються значно рідше. До багатих, наприклад, відносять руду, в якій міститься всього 3-5 % чистої міді. Проте видобуток руд кольорових металів надзвичайно вигідний.
Добуту руду збагачують – відокремлюють порожню породу. Спочатку руду подрібнюють у спеціальних млинах. Причому, чим біднішою є руда, тим дорожча її первинна обробка або збагачення. Бідна руда потребує особливо ретельного подрібнення, деякі руди доводиться перетирати майже в пил. Потім руду промивають водою або хімічними розчинами. Утворену суміш продувають повітрям, щоб відокремити від неї багаті метали, а отже, більш важкі компоненти. Цю операцію називають сепарацією (від латин, separatio – відокремлюю). Для відокремлення заліза використовують магніти. Кольорові метали з руди виділяють за допомогою хімічних, електрохімічних та гідрохімічних методів. При цьому для кожного металу використовують свою технологію. У результаті попередньої обробки одержують концентрат із високим вмістом металу. Але це ще не готовий, чистий метал, а тільки сировина для його виготовлення.
Наприклад, основним етапом виробництва заліза та його сплавів є доменна переробка. Концентрат залізної руди розплавляють у величезних печах (домнах) і одержують чавун. Чавун після цього надходить на металургійні заводи, де його й перетворюють на сталь. Сталь варять із чавуну в суміші з металобрухтом. Сталь різних марок відрізняється за складом, а отже, за хімічними та фізичними властивостями. Наприклад, додавання до заліза нікелю дає іржостійку сталь. Спеціальну сталь, з особливими фізичними та хімічними властивостями, виплавляють в електричних печах за складними технологіями. Сталь і сплави на основі заліза, отримані цими способами, містять мінімальну кількість домішок.
Хімічні матеріали
Штучні матеріали – полімери, потрібні сучасній людині не менше, ніж метали. Пластмаси легкі, не іржавіють, а головне – дуже зручні в обробці: їм не складно надати потрібної форми, забарвлення, зробити поверхню гладенькою, шорсткуватою або ребристою, нанести будь-який рисунок.
Переваги пластичних матеріалів настільки очевидні, що вони поступово стали заміняти й навіть витісняти метали. Учені створюють нові, дешеві у виробництві пластмаси, що не поступаються, а часто багаторазово перевершують метали за фізичними й хімічними властивостями. Одне з останніх досягнень – полімери найвищої міцності, здатні витримувати дуже високі й дуже низькі температури, стійкі до впливу найбільш їдких хімічних речовин. Сировиною для виробництва штучних матеріалів служать вуглеводні різного хімічного складу. Так називають природні речовини, що містять вуглець (нафта, газ, кам’яне вугілля). Нафту й природний газ добувають зі свердловин. Люди навчилися бурити свердловини не тільки на землі, але й у морях, де бурові установки розміщують на стаціонарних і плавучих платформах. Коли такі платформи з’єднують мостами-переходами, утворюються цілі містечка на палях.
Добуту сировину переробляють на хімічних підприємствах у пластичні матеріали у вигляді порошків або гранул. Потім із них за допомогою пресів та іншого устаткування виробляють листи, труби, стрижні, волокна або плівки для різних технічних пристроїв.
Скло й кераміка
Багато матеріалів виготовляють на основі силікатів (від латин, silex – силіцій) – окису силіцій оксиду, з якого майже повністю складається звичайний пісок. Якщо в пісок додати солі металів і все це переплавити, то вийде скляна маса. Із гарячого рідкого скла видувають балони електричних лампочок, пляшки й тонкий хімічний посуд. Із густої скляної маси відливають або штампують більш грубі вироби, наприклад електричні ізолятори. З неї виробляють навіть заготовки будівельних деталей (труб, скляних панелей та шибок). Для цього скляну масу продавлюють крізь щілини потрібної ширини, а потім прокочують між валиками.
Отримане скло відрізняється за оптичними, хімічними та іншими властивостями. У техніці широко застосовують кварцове скло: воно чудово пропускає ультрафіолетові промені й не тріскається при різкій зміні температури. Рідке скло (знайомий багатьом силікатний клей) використовують у будівництві для гідроізоляції. Коли в 1929 році радянським майстрам удалося налагодити виробництво особливо прозорого оптичного скла, це стало визначною подією в розвитку вітчизняної техніки, тому що до названого року артилерійські та авіаційні приціли, біноклі й підзорні труби, фотоапарати доводилося завозити з-за кордону.
Із силікатів виготовляють і сучасні керамічні матеріали. Найпоширеніша сировина для них – звичайна глина. М’яка й пластична, вона легко набуває будь-якої форми, а після випалу стає міцною керамікою. Цегла із червоної глини та керамічні труби необхідні в будівництві, з білої керамічної маси (порцеляни й фаянсу) виробляють посуд, сантехніку, ізолятори. Кераміку більш складної структури застосовують в електроніці, ракетній техніці й навіть в оборонній промисловості: з неї виготовляють елементи броні військових машин.
Алмази в техніці
Алмаз – найтвердіший мінерал на Землі. Недарма його назва походить від грецького слова adamas – нездоланний. За допомогою алмаза ріжуть і шліфують будь-які найтвердіші матеріали.
Це дуже рідкісний камінь (річний видобуток поміститься в одній вантажівці) і на світовому ринку коштує набагато дорожче, ніж золото. З давніх-давен ограновані алмази – діаманти – вражали й вабили людей своїм чудовим блиском та ідеальною прозорістю. Великі діаманти прикрашали корони імператорів і царів, їхні трони та вбрання. Такі діаманти вважали символами багатства й влади.
Однак ювелірні прикраси можна виробляти приблизно з п’ятої частини всіх алмазів, що добуваються. Основне призначення коштовного каміння, як не дивно, технічне. Уже в Стародавньому Єгипті люди навчилися виготовляти з нього дуже міцні інструменти. З їхньою допомогою майстри вирізали рисунки навіть на граніті. Зараз алмазами обробляють деталі з високою точністю, одержують прекрасну якість їхньої поверхні, тому довговічність машин і механізмів збільшується. Наприклад, коли тертьові частини автомобільного двигуна стали шліфувати алмазними, а не абразивними кругами, пробіг машини значно збільшився. На алмазних кругах почали заточувати твердосплавні інструменти (свердла, різці), і їхня міцність зросла більш ніж у десять разів, тому що при обробці алмазами на поверхні не залишається дефектів, які призводять до швидкого руйнування інструмента. Верстати з алмазними різцями працюють без налагодження й регулювання в десятки й сотні разів довше, ніж зі звичайними.
Про особливу міцність цього каменю свідчить і такий факт. Алмазним склорізом із кристалом усього в один карат (200 мг) можна провести на склі подряпину завдовжки майже 400 тис. кілометрів – це відстань від Землі до Місяця.
Алмазними долотами бурять глибокі свердловини у твердих породах. Свердла з ріжучою алмазною кромкою свердлять бетон у 8 разів швидше, ніж твердосплавні, та слугують приблизно в 90 разів довше. Незамінним є алмазний інструмент при обробці каменю та скла.
У виробництві найтоншого, діаметром близько 0,01 міліметра, вольфрамового дроту для електричних ламп розжарювання (а вольфрам – метал дуже твердий) широко застосовують алмазні волоки. Волока – це тверда пластинка з отвором, через який протягують метал і одержують дріт. Свердлити отвори в алмазі завжди було важким завданням, але зараз їх пробивають лазерним променем за частки секунди. Алмазні волоки дозволяють одержувати дріт, який точно відповідає заданим розмірам, а це означає, що термін служби лампочки збільшується.
З усіх технічних алмазів 75 % використовують у вигляді дрібних порошків та паст. Ними полірують деталі годинників (рубінові й сапфірові підшипники), канали алмазних і твердосплавних волок, із їхньою допомогою ограновують ювелірні алмази, обробляють поверхні штампів. Алмази потрібні також для виготовлення вимірювальних приладів, стоматологічних інструментів, навіть пилочок для нігтів.
Із кожним роком виробництво техніки, а отже, й видобутку природної сировини, у всіх країнах світу швидко зростає. Тому люди всілякими способами намагаються поповнити втрати природи:
– замість вирубаних лісів насаджують нові;
– використану на заводах воду намагаються очистити й пустити знову у виробництво (таке використання очищеної води та повітря називають “підприємством замкнутого циклу”);
– для виробництва використовують відходи, отримані при первинному виробництві;
– знижують матеріаломісткість (кількість використаних речовин) виробництва;
– там, де це можливо, застосовують вторинну сировину – вироби, що стали непридатними, використовують як сировину для виробництва нових виробів із металів, скла, пластмаси й паперу.
Однак не всі види сировини можна відновити. Усе відчутнішою стає загроза виснаження покладів руд кольорових металів, швидко скорочуються запаси нафти й газу. Учені, інженери та економісти вже сьогодні працюють над проектами, які дозволять забезпечити існування людства, коли родовища корисних копалин будуть повністю вичерпані.
(1 votes, average: 5.00 out of 5)
Loading...