Learning about Simple Machines with Graphic Organizers pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:

作者:Kravetz, Jonathan

出品人:

页数:24

译者:

出版时间:

价格:$ 24.01

装帧:

isbn号码:9781404234116

丛书系列:

图书标签:

• 简单机械
• 科学
• 图形组织者
• STEM
• 教育
• 小学
• 学习
• 物理
• 技术
• 工程

探索奇妙的机械世界：一个关于基础机械原理的入门指南 本书旨在为初学者，无论是对工程学充满好奇的学生，还是希望巩固基础知识的成年人，提供一个清晰、引人入胜的入门途径，去理解我们日常生活中无处不在的简单机械。我们将深入探讨这些构建现代世界的基石，揭示它们如何通过巧妙的力学原理，使我们的工作变得更加轻松、高效。 第一部分：力的本质与机械的基石 在深入了解具体的机械装置之前，我们需要建立一个坚实的理论基础。本章将从最基本的物理概念——力（Force）——讲起。我们将解释什么是力、力的测量单位（牛顿），以及力是如何影响物体运动的。接着，我们会引入功（Work）和能（Energy）的概念，这是理解任何机械效率的关键。功的定义（力乘以距离）将直接引向机械的终极目标：用更小的力做同样多的功。 随后，我们将讨论杠杆原理（The Lever）。杠杆是人类最早发明的工具之一，其简洁的设计蕴含着深刻的物理智慧。我们会详细剖析杠杆的三种主要类型： 省力杠杆（第一类）：如跷跷板或剪刀，支点位于阻力和施力之间。我们将通过计算机械利益（Mechanical Advantage, MA）来量化它提供的倍数优势。 费力杠杆（第二类）：如独轮手推车，阻力位于支点和施力之间。虽然省力不多，但能提供更快的末端速度或更大的移动距离。 省距离杠杆（第三类）：如镊子或人的前臂，施力位于支点和阻力之间。它们牺牲了力，但换来了速度和控制力。 本部分将配有大量图示，清晰地展示力臂（Effort Arm）和阻力臂（Resistance Arm）的相对长度如何决定机械增益，帮助读者直观地理解“给我一个支点，我能撬动地球”这句话背后的科学依据。 第二部分：提升与转移：滑轮与斜面 当我们开始处理垂直方向的运动或需要将物体从低处移动到高处时，滑轮和斜面成为了不可或缺的工具。 滑轮系统（Pulleys）：我们将把滑轮视为一种特殊的、旋转的杠杆。我们区分定滑轮（Fixed Pulleys）和动滑轮（Movable Pulleys）。定滑轮改变力的方向而不改变力的大小，这在建筑领域中至关重要。动滑轮则直接提供机械增益，通过增加支撑绳索的数量来分配负载。接下来，我们将研究复合滑轮组（Block and Tackle），分析如何通过组合定动滑轮来达到极高的机械利益，这在起重机和帆船技术中应用广泛。 斜面（Inclined Planes）：斜面可能是最古老、最普遍的简单机械。我们解释了斜面如何将一个垂直的提升任务转化为一个更长的、水平方向的推或拉的任务。通过引入摩擦力（Friction）的概念，我们将探讨斜面的实际效率问题。一个无限长的斜面理论上能提供无限的力学增益，但实际应用中，斜面的长度和高度之比（坡度）决定了所需施力的大小。我们会用实际案例，比如坡道和楔子，来展示斜面的作用。 第三部分：集中与分散：轮轴、楔子与螺旋 本部分关注那些通过旋转运动或切割来完成工作的机械。 轮轴（Wheels and Axles）：这个系统由两个不同半径的同心圆组成，本质上是两种杠杆的连续组合。当力作用在较大的轮上，带动较小的轴转动（如方向盘），我们获得速度和扭矩的增加；反之，当力作用在轴上，驱动轮子转动（如手摇绞盘），我们获得力矩的增加。我们会研究自行车链轮、齿轮系统（作为轮轴的延伸）以及螺丝刀的工作原理。 楔子（Wedges）：楔子可以被视为一个移动着的双面斜面。它将垂直的冲击力转化为横向的分离力或夹持力。从斧头劈开木材到门挡，楔子的作用是利用其尖锐的边缘有效地分散作用力，克服材料的内聚力。我们将分析楔子的尖锐程度（即其锥度）如何影响其切割或分离的效率。 螺旋（Screws）：螺旋是斜面的终极延伸形式，它将斜面缠绕在一个圆柱体上。螺纹的间距（螺距）决定了螺旋的机械利益。我们会深入探讨螺纹的结构（外螺纹与内螺纹），以及它们在连接（螺栓与螺母）和提升（千斤顶、螺旋榨油机）中的应用。螺纹的紧密性直接关联到其在保持结构稳定方面的作用。 第四部分：应用、效率与系统集成 在最后一部分，我们将超越单个机械，探讨它们如何组合成复杂的系统。 机械效率（Mechanical Efficiency）：理论上，简单机械能提供固定的机械增益。然而，在现实世界中，我们总会因为摩擦力而损失一部分能量。本章将定义理想机械利益（IMA）和实际机械利益（RMA），并解释效率（Efficiency）的概念（RMA/IMA）。了解效率对于设计节能和高性能的机器至关重要。 系统的整合：我们将通过分析一个复杂的日常工具——比如自行车的传动系统或一个起重机——来展示如何将杠杆、滑轮、轮轴和螺钉有机地结合起来，以实现特定的工程目标。这些复杂的机器是人类智慧的结晶，它们都建立在对这六种基本机械原理的深刻理解之上。 通过对这些基本概念的系统性学习和大量的实例分析，读者将不仅能识别出生活中的简单机械，更能理解它们背后的物理规律，从而为未来探索更高级的工程学和物理学打下坚实的基础。本书的结构旨在循序渐进，确保即使是零基础的学习者也能轻松掌握这些永恒的机械真理。

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