Ob ein fester Block einen Kraftzuwachs gibt. Was ist der Unterschied zwischen einem beweglichen Block und einem festen Block? Anwendung von beweglichen und festen Blöcken

Physik Klasse 7. EINFACHE MECHANISMEN

In der modernen Technologie für den Güterumschlag auf Baustellen und Unternehmen werden häufig Hebemechanismen verwendet, deren unersetzliche Komponenten aufgerufen werden könneneinfache Mechanismen... Darunter sind die ältesten Erfindungen der Menschheit: blockieren und hebeln ... Der antike griechische Wissenschaftler Archimedes erleichterte dem Menschen die Arbeit, verschaffte ihm einen Kraftzuwachs bei der Anwendung seiner Erfindung und lehrte ihn, die Richtung der Kraftwirkung zu ändern.

Ein Block ist ein Rad mit einer umlaufenden Nut für ein Seil oder eine Kette, dessen Achse starr an einem Wand- oder Deckenbalken befestigt ist. Hebevorrichtungen verwenden normalerweise nicht einen, sondern mehrere Blöcke. Das System aus Blöcken und Seilen zur Erhöhung der Tragfähigkeit wird als Kettenzug bezeichnet.

Beweglicher und fester Block- die gleichen alten einfachen Mechanismen wie der Hebel. Bereits 212 v. Chr. beschlagnahmten die Syrakusaner mit Hilfe von Haken und Greifern, die mit den Blöcken verbunden waren, die Belagerungsmittel der Römer. Archimedes leitete den Bau von Militärfahrzeugen und die Verteidigung der Stadt.

Fester Block Archimedes betrachtete es als gleicharmigen Hebel.
Das Kraftmoment, das von einer Seite des Blocks wirkt, ist gleich dem Kraftmoment, das von der anderen Seite des Blocks aufgebracht wird. Die Kräfte, die diese Momente erzeugen, sind die gleichen.
Es gibt keinen Kraftgewinn, aber ein solcher Block ermöglicht es Ihnen, die Richtung der Krafteinwirkung zu ändern, was manchmal erforderlich ist.

Archimedes hielt den beweglichen Block für einen ungleichen Hebel, der einen 2-fachen Kraftzuwachs ergibt. Kräftemomente wirken relativ zum Drehpunkt, der im Gleichgewicht gleich sein sollte.

Archimedes untersuchte die mechanischen Eigenschaften des beweglichen Blocks und wendete ihn in der Praxis an. Athenaeus zufolge „wurden viele Wege erfunden, um das gigantische Schiff des syrakischen Tyrannen Hieron zu starten, aber der Mechaniker Archimedes schaffte es allein mit einfachen Mechanismen, das Schiff mit Hilfe einiger weniger Leute zu bewegen. Archimedes erfand einen Block und durch es hat ein riesiges Schiff gestartet." ...

Die Verwendung eines beweglichen Blocks bietet einen zweifachen Kraftzuwachs, die Verwendung eines festen Blocks ermöglicht es Ihnen, die Richtung der ausgeübten Kraft zu ändern. In der Praxis werden Kombinationen aus beweglichen und festen Blöcken verwendet. In diesem Fall können Sie mit jedem beweglichen Block die aufgebrachte Kraft halbieren oder die Bewegungsgeschwindigkeit der Last verdoppeln. Feste Blöcke werden verwendet, um mobile Blöcke zu einem einzigen System zu verbinden. Ein solches System aus beweglichen und festen Blöcken wird als Kettenzug bezeichnet.

Definition

Polyspast ist ein System aus beweglichen und stationären Blöcken, die durch eine flexible Verbindung (Seile, Ketten) verbunden sind, um die Kraft oder Geschwindigkeit beim Heben von Lasten zu erhöhen.

Ein Kettenzug kommt dort zum Einsatz, wo es notwendig ist, eine schwere Last mit minimalem Kraftaufwand zu heben oder zu bewegen, Spannung bereitzustellen usw. Der einfachste Kettenzug besteht aus nur einem Block und einem Seil, während er die erforderliche Zugkraft zum Heben der Last halbiert.

Abbildung 1. Jeder bewegliche Block in einem Kettenzug bringt einen zweifachen Kraft- oder Geschwindigkeitsgewinn

In Hebezeugen werden normalerweise Treibscheiben verwendet, die es ermöglichen, die Seilspannung, das Moment aus dem Gewicht der Last auf der Trommel und das Übersetzungsverhältnis des Mechanismus (Hebezeuge, Winden) zu reduzieren. Viel seltener werden Hochgeschwindigkeits-Riemenscheibenblöcke verwendet, die es ermöglichen, die Geschwindigkeit der Last bei niedrigen Geschwindigkeiten des Antriebselements zu erhöhen. Sie werden in hydraulischen oder pneumatischen Hebebühnen, Gabelstaplern und Teleskopauslegern für Kräne verwendet.

Das Hauptmerkmal des Kettenzuges ist die Vielfältigkeit. Dies ist das Verhältnis der Anzahl der Zweige des flexiblen Körpers, an denen die Last aufgehängt ist, zur Anzahl der auf die Trommel gewickelten Zweige (bei Kraftrollenblöcken) oder das Verhältnis der Geschwindigkeit des vorderen Endes des flexiblen Körpers zu der angetriebene (für schnelllaufende Riemenscheiben). Relativ gesehen ist die Multiplizität der theoretisch berechnete Kraft- oder Geschwindigkeitszuwachs beim Einsatz eines Kettenzuges. Die Veränderung der Multiplizität des Kettenzuges erfolgt durch Einbringen oder Entfernen von zusätzlichen Blöcken aus dem System, während das Seilende bei einer geraden Multiplizität an einem festen Element der Struktur und bei einer ungeraden Anzahl an einem Hakenkäfig befestigt wird .

Abbildung 2. Seilbefestigung mit gerader und ungerader Vielfachheit des Kettenzuges

Der Kraftgewinn bei Verwendung eines Kettenzuges mit $ n $ beweglichen und $ n $ festen Blöcken wird durch die Formel bestimmt: $ P = 2Fn $, wobei $ P $ das Gewicht der Last ist, $ F $ die aufgebrachte Kraft ist am Eingang des Kettenzuges ist $ n $ die Anzahl der beweglichen Blöcke.

Je nach Anzahl der an der Trommel des Hubwerks befestigten Seilstränge werden Einfach- (einfach) und Doppelflaschenzüge unterschieden. Bei Einzelkettenzügen entsteht beim Auf- oder Abwickeln eines flexiblen Elements aufgrund seiner Bewegung entlang der Trommelachse eine unerwünschte Laständerung auf den Trommelstützen. Auch wenn es keine freien Blöcke im System gibt (das Seil von der Hakenflasche geht direkt zur Trommel), bewegt sich die Last nicht nur in der vertikalen, sondern auch in der horizontalen Ebene.

Abbildung 3. Einzel- und Doppelrollenblöcke

Um ein streng vertikales Heben der Last zu gewährleisten, werden Doppelkettenzüge (bestehend aus zwei einzelnen) verwendet, in diesem Fall werden beide Seilenden auf der Trommel befestigt. Um die Normalstellung der Hakenaufhängung bei ungleichmäßiger Dehnung des flexiblen Elements beider Umlenkrollen zu gewährleisten, werden Ausgleichsstücke oder Ausgleichsblöcke verwendet.

Abbildung 4. Methoden zur Sicherstellung der Vertikalität beim Heben der Last

Schnelllaufende Flaschenzüge unterscheiden sich von Treibscheiben dadurch, dass bei ihnen die Arbeitskraft, die normalerweise von einem Hydraulik- oder Pneumatikzylinder entwickelt wird, auf den beweglichen Käfig aufgebracht wird und die Last am freien Ende des Seils oder der Kette hängt. Der Geschwindigkeitsgewinn beim Einsatz eines solchen Kettenzuges wird durch eine Erhöhung der Hubhöhe der Last erreicht.

Bei der Verwendung von Flaschenzügen ist zu beachten, dass die im System verwendeten Elemente keine absolut flexiblen Körper sind, sondern eine gewisse Steifigkeit aufweisen, daher fällt der ankommende Ast nicht sofort in den Blockstrom und der laufende Ast nicht sofort begradigen. Dies macht sich am deutlichsten bei der Verwendung von Stahlseilen bemerkbar.

Frage: Warum wird bei Baukränen der lasttragende Haken nicht am Seilende, sondern an der Halterung des Verschiebeblocks befestigt?

Antwort: um die Vertikalität des Hebens der Last zu gewährleisten.

Abbildung 5 zeigt einen Riemenscheibenblock mit Potenzgesetz, bei dem es mehrere bewegliche Blöcke gibt und nur einer stationär ist. Bestimmen Sie, wie viel Gewicht durch Aufbringen einer Kraft $ F $ = 200 N auf den festen Block angehoben werden kann?

Abbildung 5

Jeder der beweglichen Blöcke des Elektrokettenzuges verdoppelt die aufgebrachte Kraft. Das Gewicht, das von einem Potenz-Polystyrol dritten Grades (ohne Berücksichtigung der Korrekturen für die Reibungskräfte und die Steifigkeit des Seils) angehoben werden kann, wird durch die Formel bestimmt:

Antwort: Der Kettenzug kann eine Last von 800 N heben.

Blöcke werden als einfache Mechanismen klassifiziert. In der Gruppe dieser Geräte, die der Kraftumwandlung dienen, gibt es neben den Blöcken einen Hebel, eine schiefe Ebene.

DEFINITION

Block- ein starrer Körper, der sich um eine feste Achse drehen kann.

Blöcke werden in Form von Scheiben (Räder, niedrige Zylinder usw.) mit einer Nut hergestellt, durch die ein Seil (Torso, Seil, Kette) geführt wird.

Ein Block wird als stationär bezeichnet, mit einer festen Achse (Abb. 1). Es bewegt sich nicht beim Heben einer Last. Ein fester Block kann man sich als Hebel mit gleichen Armen vorstellen.

Die Bedingung für das Gleichgewicht des Blocks ist die Bedingung für das Gleichgewicht der auf ihn einwirkenden Kräftemomente:

Der Block in Abb. 1 befindet sich im Gleichgewicht, wenn die Fadenspannungskräfte gleich sind:

da die Schultern dieser Kräfte gleich sind (OA = OB). Der stationäre Block gibt keinen Kraftgewinn, aber Sie können die Richtung der Krafteinwirkung ändern. Es ist oft bequemer, an einem Seil zu ziehen, das von oben kommt, als an einem Seil, das von unten kommt.

Wenn die Masse der Last, die an einem der Enden des über den festen Block geworfenen Seils gebunden ist, gleich m ist, muss zum Anheben eine Kraft F auf das andere Ende des Seils ausgeübt werden, gleich:

sofern wir die Reibungskraft im Block nicht berücksichtigen. Wenn die Reibung im Block berücksichtigt werden muss, wird der Widerstandskoeffizient (k) eingeführt, dann:

Als Ersatz für den Block kann eine glatte Festauflage dienen. Über eine solche Stütze wird ein Seil (Seil) geworfen, das an der Stütze entlang gleitet, aber die Reibungskraft nimmt zu.

Der feste Block bringt keinen Arbeitsgewinn. Die von den Kraftangriffspunkten zurückgelegten Wege sind gleiche, gleiche Kräfte, also gleiche Arbeit.

Um bei der Verwendung von festen Blöcken einen Kraftzuwachs zu erzielen, wird eine Kombination von Blöcken verwendet, beispielsweise ein Doppelblock. Wenn Blöcke unterschiedliche Durchmesser haben müssen. Sie sind bewegungslos miteinander verbunden und auf einer Achse montiert. An jedem Block ist ein Seil befestigt, so dass es ohne Verrutschen auf den Block oder vom Block aufgewickelt werden kann. Die Schultern der Kräfte sind in diesem Fall ungleich. Der Doppelblock fungiert als Hebel mit unterschiedlich langen Armen. Abbildung 2 zeigt eine schematische Darstellung eines Doppelblocks.

Die Gleichgewichtsbedingung für den Hebel in Abb. 2 wird zu der Formel:

Der Doppelblock kann Kraft umwandeln. Durch Aufbringen einer geringeren Kraft auf ein auf einen Block mit einem großen Radius gewickeltes Seil wird eine Kraft erhalten, die von der Seite des auf einen Block mit einem kleineren Radius gewickelten Seils wirkt.

Ein beweglicher Block ist ein Block, dessen Achse sich mit der Last bewegt. In Abb. 2 kann der bewegliche Block als Hebel mit unterschiedlich großen Armen betrachtet werden. In diesem Fall ist Punkt O der Drehpunkt des Hebels. OA ist die Schulter der Kraft; OB ist die Schulter der Kraft. Betrachten Sie Abb. 3. Die Schulter der Kraft ist doppelt so groß wie die Schulter der Kraft, daher ist es für das Gleichgewicht erforderlich, dass die Größe der Kraft F zweimal kleiner ist als der Modul der Kraft P:

Wir können daraus schließen, dass wir mit Hilfe des beweglichen Blocks zweimal an Kraft gewinnen. Der Gleichgewichtszustand des beweglichen Blocks ohne Berücksichtigung der Reibungskraft kann wie folgt geschrieben werden:

Versucht man die Reibungskraft im Block zu berücksichtigen, wird der Blockwiderstandsbeiwert (k) eingeführt und man erhält:

Manchmal wird eine Kombination aus einer beweglichen und einer festen Einheit verwendet. In dieser Kombination wird der Festblock der Bequemlichkeit halber verwendet. Es gibt keinen Kraftgewinn, aber es ermöglicht Ihnen, die Richtung der Krafteinwirkung zu ändern. Der bewegliche Block wird verwendet, um die Größe der aufgebrachten Kraft zu ändern. Wenn die Enden des Seils, das den Block umschließt, die gleichen Winkel mit dem Horizont bilden, dann ist das Verhältnis der auf die Last wirkenden Kraft zum Gewicht des Körpers gleich dem Verhältnis des Radius des Blocks zur Sehne des Bogen, den das Seil umschließt. Bei parallelen Seilen ist die zum Heben der Last erforderliche Kraft halb so hoch wie das Gewicht der zu hebenden Last.

Die goldene Regel der Mechanik

Einfache Mechanismen zum Erwerb von Arbeit gibt es nicht. Wie viel Kraft wir gewinnen, verlieren wir in gleichem Maße an Distanz. Da die Arbeit gleich dem Skalarprodukt der Kraft pro Verschiebung ist, ändert sie sich daher nicht, wenn bewegliche (sowie stationäre) Blöcke verwendet werden.

In Form einer Formel lässt sich „die goldene Regel # wie folgt schreiben:

wobei der vom Kraftangriffspunkt zurückgelegte Weg - der vom Kraftangriffspunkt zurückgelegte Weg ist.

Die Goldene Regel ist die einfachste Formulierung des Energieerhaltungssatzes. Diese Regel gilt für Fälle von gleichförmiger oder nahezu gleichförmiger Bewegung von Mechanismen. Die Abstände der translatorischen Bewegung der Seilenden hängen mit den Radien der Blöcke (und) zusammen wie:

Wir erhalten, dass, um die "goldene Regel" für einen Doppelblock zu erfüllen, Folgendes erforderlich ist:

Sind die Kräfte und ausgeglichen, dann ruht der Block oder bewegt sich gleichmäßig.

Beispiele für Problemlösungen

BEISPIEL 1

BEISPIEL 2

Block ist eine Vorrichtung in Form eines Rades mit einer Nut, durch die ein Seil, Kabel oder eine Kette geführt wird. Es gibt zwei Haupttypen von Blöcken - beweglich und fest. Bei einem stationären Block ist die Achse fest und beim Heben von Lasten hebt oder senkt sich nicht (Abb. 54), und bei einem beweglichen Block bewegt sich die Achse mit der Last (Abb. 55).

Ein stationärer Block gibt keinen Kraftgewinn. Es wird verwendet, um die Richtung der Kraft zu ändern. Wenn wir zum Beispiel ein Seil, das über einen solchen Block geworfen wird, nach unten drücken, zwingen wir die Last nach oben (siehe Abb. 54). Anders verhält es sich bei der beweglichen Einheit. Dieser Block ermöglicht es einer kleinen Kraft, eine 2-mal größere Kraft auszugleichen. Um dies zu beweisen, siehe Abbildung 56. Mit der Kraft F versuchen wir, den Block um die Achse zu drehen, die durch den Punkt O geht. Das Moment dieser Kraft ist gleich dem Produkt Fl, wobei l der Arm der Kraft F ist, gleich dem Durchmesser des OB-Blocks. Gleichzeitig erzeugt die mit ihrem Gewicht P an dem Block angebrachte Last ein Moment gleich, wobei die Schulter der Kraft P gleich dem Radius des Blocks OA ist. Nach der Momentenregel (21.2)

Q.E.D.

Aus Formel (22.2) folgt P / F = 2. Dies bedeutet, dass der mit der beweglichen Einheit erzielte Kraftzuwachs beträgt 2... Die in Abbildung 57 dargestellte Erfahrung bestätigt diese Schlussfolgerung.

In der Praxis wird häufig eine Kombination eines beweglichen mit einem festen Block verwendet (Abb. 58). Dadurch können Sie die Richtung der Krafteinwirkung ändern bei gleichzeitigem zweifachen Kraftzuwachs.

Um einen größeren Kraftzuwachs zu erzielen, wird ein Hebemechanismus verwendet, genannt Kettenzug... Das griechische Wort für "polyspast" wird aus zwei Wurzeln gebildet: "poly" - viel und "spao" - ich ziehe, so dass es im Allgemeinen "mnogotyag" ergibt.

Der Polyspast ist eine Kombination aus zwei Clips, von denen einer aus drei festen Blöcken und der andere aus drei beweglichen Blöcken besteht (Abb. 59). Da jeder der beweglichen Blöcke die Zugkraft verdoppelt, bietet der gesamte Flaschenzug einen sechsfachen Kraftzuwachs.

1. Welche zwei Arten von Blöcken kennen Sie? 2. Was ist der Unterschied zwischen einem beweglichen Block und einem stationären Block? 3. Zu welchem ​​Zweck wird ein Festblock verwendet? 4. Wofür wird der bewegliche Block verwendet? 5. Was ist ein Kettenzug? Welche Art von Kraftzuwachs bietet es?

Bibliographische Beschreibung: Shumeiko A. V., Vetashenko O. G. Moderne Ansicht eines einfachen Mechanismus "Block", studiert aus Physiklehrbüchern für Klasse 7 // Junger Wissenschaftler. - 2016. - Nr. 2. - S. 106-113.07.2019).

Physiklehrbücher für Klasse 7 interpretieren beim Studium eines einfachen Blockmechanismus den Gewinn in Kraft beim Heben einer Last mit mit diesem Mechanismus, zum Beispiel: in Peryshkins Lehrbuch A. B. Gewinne in Stärke wird erreicht mit mit dem Rad des Blocks, auf das die Kräfte des Hebels wirken, und in Gendensteins Lehrbuch L. E. Die gleichen Gewinne werden erzielt mit mittels eines Seils, auf das die Zugkraft des Seils wirkt. Verschiedene Lehrbücher, verschiedene Fächer und verschiedene Kräfte - um einen Preis zu erhalten in Kraft beim Heben einer Last. Daher ist der Zweck dieses Artikels, nach Objekten zu suchen und Kräfte, mit wodurch der Gewinn in Kraft beim Heben einer Last mit einem einfachen Blockmechanismus.

Stichworte:

Lassen Sie uns zunächst in Physik-Lehrbüchern für Klasse 7 kennenlernen und vergleichen, wie sie beim Heben einer Last mit einem einfachen Blockmechanismus an Kraft gewinnen. Dazu werden wir Auszüge aus Lehrbüchern mit den gleichen Konzepten der Übersichtlichkeit halber in die Tabelle einfügen.

Fassen wir die Einarbeitung und den Vergleich von Texten und Abbildungen in Lehrbüchern zusammen:

Die Beweise für einen Kraftzuwachs im Lehrbuch von A. V. Peryshkin werden am Rad des Blocks durchgeführt und die wirkende Kraft ist die Kraft des Hebels; Beim Heben einer Last führt ein stationärer Block nicht zu einem Kraftzuwachs und ein beweglicher Block führt zu einem 2-fachen Kraftzuwachs. Es wird kein Seil erwähnt, an dem eine Last an einem festen Block hängt und ein beweglicher Block mit einer Last.

Andererseits werden im Lehrbuch von L. E. Gendenstein Festigkeitsnachweise an einem Seil durchgeführt, an dem eine Last oder ein beweglicher Block mit Last hängt und die einwirkende Kraft die Zugkraft des Seils ist; Beim Heben einer Last kann ein feststehender Block einen 2-fachen Kraftgewinn bewirken, und der Hebel am Blockrad wird im Text nicht erwähnt.

Eine Literaturrecherche, die beschreibt, wie man einen Kraftzuwachs durch einen Block und ein Seil erhält, führte zum "Elementarlehrbuch der Physik", herausgegeben von Akademiemitglied GS Landsberg, in §84. Auf den Seiten 168–175 werden einfache Maschinen beschrieben: „Einzelblock, Doppelblock, Tor, Kettenzug und Differentialblock“. In der Tat, "ein Doppelblock bietet aufgrund der unterschiedlichen Länge der Radien der Blöcke einen Kraftzuwachs beim Heben einer Last", mit dem die Last gehoben wird, und ein Kettenzug bietet einen Gewinn an Kraft Kraft beim Heben einer Last aufgrund des Seils , an dem die Ladung an mehreren Teilen hängt." So konnte herausgefunden werden, warum ein Block und ein Seil (Seil) beim Heben einer Last an Kraft gewinnen, aber nicht, wie Block und Seil miteinander interagieren und das Gewicht übertragen der Last zueinander, da die Last am Seil aufgehängt werden kann und das Seil über den Block geworfen wird oder die Last am Block hängen kann und der Block am Seil hängt. Es stellte sich heraus, dass die Zugkraft des Seils konstant ist und über die gesamte Länge des Seils wirkt, daher erfolgt die Übertragung des Gewichts der Last durch das Seil auf den Block an jedem Kontaktpunkt zwischen dem Seil und dem Block, sowie die Übertragung des Gewichts der am Block hängenden Last auf das Seil. Um die Wechselwirkung des Blocks mit dem Seil zu klären, werden wir Versuche durchführen, um beim Heben einer Last einen Kraftzuwachs durch den beweglichen Block zu erzielen, wobei die Ausrüstung eines Schulphysikunterrichts verwendet wird: Dynamometer, Laborblöcke und ein Satz Gewichte in 1N (102g). Wir beginnen unsere Experimente mit dem beweglichen Block, da wir drei verschiedene Versionen haben, wie dieser Block die Leistungsverstärkung erhalten kann. Die erste Version ist „Abb.180. Der bewegliche Block als Hebel mit ungleichen Schultern "- das Lehrbuch von AV Peryshkin, das zweite" Abb. 24.5 ... zwei identische Zugkräfte des Kabels F", - nach dem Lehrbuch von LE Gendenstein, und schließlich das dritte" Abb. 145. Polyspast " ... Heben einer Last mit einem beweglichen Käfig eines Kettenzuges an mehreren Teilen eines Seils - nach dem Lehrbuch von G.S. Landsberg.

Erfahrung Nummer 1. "Abb. 183"

Um das Experiment Nr. 1 durchzuführen, erhalten Sie einen Kraftzuwachs auf dem beweglichen Block "mit einem Hebel mit ungleichen Armen OAV Abb.180" nach dem Lehrbuch von AV Peryshkin, Position 1 auf dem beweglichen Block "Abb. 183", wir zieht einen Hebel mit ungleichen Armen ОАВ, wie in "Abb. 180" und beginnt, die Last von Position 1 in Position 2 zu heben Punkt B - das Ende des Hebels, über das hinaus angehoben wird, geht über den Halbkreis hinaus, entlang dem das Kabel von unten um den beweglichen Block herumläuft. Punkt O - der Drehpunkt des Hebels, der fixiert werden soll, geht nach unten, siehe "Abb. 183" - Position 2, dh der Hebel mit ungleichen Armen OAB ändert sich zu einem Hebel mit gleichen Armen (Punkte O und B passieren die gleiche Wege).

Aus den in Versuch Nr. 1 gewonnenen Daten über Positionsänderungen des OAB-Hebels am beweglichen Block beim Heben der Last von Position 1 in Position 2 kann geschlossen werden, dass die Darstellung des beweglichen Blocks als Hebel mit ungleichen Armen in "Abb. 180" entspricht beim Heben der Last mit der Drehung des Blocks um seine Achse einem Hebel mit gleichen Armen, der beim Heben der Last keinen Kraftzuwachs gibt.

Experiment Nr. 2 beginnt mit der Befestigung von Dynamometern an den Enden des Kabels, an denen wir einen beweglichen Block mit einem Gewicht von 102 g aufhängen, was einer Schwerkraft von 1 N entspricht. Wir werden eines der Enden des Kabels befestigen zur Aufhängung, und für das andere Ende des Kabels heben wir die Last auf den beweglichen Block. Vor dem Anstieg änderten sich die Messwerte beider Dynamometer um 0,5 N, zu Beginn des Anstiegs änderten sich die Messwerte des Dynamometers, für den der Anstieg stattfindet, auf 0,6 N und blieben es während des Anstiegs, nach dem Ende des steigen die Messwerte auf 0,5 N zurück. Die Messwerte des für eine feste Aufhängung fixierten Dynamometers änderten sich während des Aufstiegs nicht und blieben gleich 0,5 N. Analysieren wir die Ergebnisse des Experiments:

1. Wenn vor dem Anheben eine Last von 1 N (102 g) am beweglichen Block hängt, wird das Gewicht der Last auf das gesamte Rad verteilt und durch den gesamten Halbkreis des Rad.
2. Vor dem Anheben betragen die Messwerte beider Dynamometer jeweils 0,5 N, was die Verteilung des Gewichts der Last in 1 N (102 g) auf zwei Teile des Seils (vor und nach dem Block) oder die Zugkraft angibt des Kabels beträgt 0,5 N und ist über die gesamte Länge des Kabels gleich (das ist am Anfang, am Ende des Kabels gleich) - beide Aussagen sind richtig.

Vergleichen wir die Erfahrungsanalyse Nr. 2 mit den Versionen von Lehrbüchern zur Erzielung eines 2-fachen Kraftzuwachses durch einen beweglichen Block. Beginnen wir mit der Aussage in L.E. Gendensteins Lehrbuch „... dass drei Kräfte auf den Block wirken: das Gewicht der Last P, nach unten gerichtet, und zwei identische Seilzugkräfte, nach oben gerichtet (Abb. 24.5).“ Genauer gesagt wird es die Aussage sein, dass das Gewicht der Ladung in "Abb. 14,5 ”wurde in zwei Teile des Kabels vor und nach dem Block geteilt, da die Zugkraft des Kabels eins ist. Es bleibt die Signatur unter "Abb. 181" aus dem Lehrbuch A. V. Peryshkin "Eine Kombination aus beweglichen und festen Blöcken - Flaschenzugblock" zu analysieren. Eine Beschreibung des Gerätes und des Kraftgewinns beim Heben einer Last mit einem Kettenzug finden Sie im Lehrbuch Elementary Physics, hrsg. Lansberg GS, wo es heißt: "Jedes Seilstück zwischen den Blöcken wirkt mit einer Kraft T auf eine bewegte Last, und alle Seilstücke wirken mit einer Kraft nT, wobei n die Anzahl der einzelnen Abschnitte des Seils ist, die beide verbinden Teile des Blocks." Es stellt sich heraus, dass wenn wir auf „Abb. 181“ den Kraftzuwachs durch das „Beide verbindende Seil“ des Flaschenzuges aus dem Lehrbuch der Elementarphysik von GS Landsberg anwenden, dann die Beschreibung des Kraftzuwachses durch den beweglichen Block in „Abb. 179 und dementsprechend Abb. 180“ wird ein Fehler sein.

Nach der Analyse von vier Physiklehrbüchern können wir feststellen, dass die bisherige Beschreibung der Erzielung eines Kraftgewinns durch einen einfachen Blockmechanismus nicht dem realen Stand der Dinge entspricht und daher eine neue Beschreibung der Funktionsweise eines einfachen Blockmechanismus erfordert.

Einfache Hebevorrichtung besteht aus einem Block und einem Kabel (Seil oder Kette).

Die Blöcke dieses Hebemechanismus sind unterteilt:

vom Design zu einfach und komplex;

durch das Verfahren des Hebens der Last auf mobil und stationär.

Beginnen wir unsere Bekanntschaft mit dem Bau von Blöcken mit einfacher Block, das ist ein um seine Achse rotierendes Rad, mit einer Nut um den Umfang für ein Seil (Seil, Kette) Abb. 1 und kann als gleicharmiger Hebel betrachtet werden, dessen Arme gleich dem Radius des Rades sind: = ОВ = r. Ein solcher Block gibt keinen Kraftgewinn, ermöglicht es Ihnen jedoch, die Bewegungsrichtung des Kabels (Seil, Kette) zu ändern.

Doppelblock besteht aus zwei Blöcken mit unterschiedlichen Radien, die starr aneinander befestigt und in Abb. 2 auf einer gemeinsamen Achse montiert sind. Die Radien der Blöcke r1 und r2 sind unterschiedlich und beim Heben der Last wirken sie wie ein Hebel mit ungleichen Armen, und der Kraftgewinn ist gleich dem Verhältnis der Längen der Radien eines Blocks mit größerem Durchmesser zu a Block mit kleinerem Durchmesser F = P · r1 / r2.

Tore besteht aus einem Zylinder (Trommel) und einem daran befestigten Griff, der die Rolle eines Blocks mit großem Durchmesser spielt. Die vom Tor gegebene Kraftverstärkung wird durch das Verhältnis des Radius des durch den Griff beschriebenen Kreises R zu der Radius des Zylinders r, auf dem das Seil aufgewickelt ist F = P r / R.

Kommen wir zur Methode zum Anheben der Last in Blöcken. Laut Beschreibung der Struktur haben alle Blöcke eine Achse, um die sie sich drehen. Wenn die Achse des Blocks fest ist und beim Heben von Lasten nicht hebt oder fällt, wird ein solcher Block genannt fester Block, einfacher Block, Doppelblock, Tor.

Verfügen über Rollblock die Achse hebt und senkt sich zusammen mit der Last Abb. 10 und dient hauptsächlich dazu, den Knick des Seils an der Stelle, an der die Last aufgehängt ist, zu beseitigen.

Machen wir uns mit dem Gerät und der Methode zum Heben der Last mit dem zweiten Teil eines einfachen Hebemechanismus vertraut - dies ist ein Seil, ein Seil oder eine Kette. Das Seil wird aus Stahldrähten gedreht, das Seil wird aus Fäden oder Litzen gedreht und die Kette besteht aus miteinander verbundenen Gliedern.

Methoden zum Aufhängen der Last und zum Erzielen eines Kraftgewinns beim Heben der Last mit einem Seil:

In Abb. 4, die Last ist an einem Ende des Seils befestigt und wenn Sie die Last am anderen Ende des Seils anheben, erfordert das Heben dieser Last eine Kraft, die etwas höher ist als das Gewicht der Last, da ein einfacher Verstärkungsblock Stärke ergibt nicht F = P.

In Abb. 5 hebt sich der Arbeiter an dem Seil, das sich von oben um einen einfachen Block biegt, an einem Ende des ersten Teils des Seils befindet sich ein Sitz, auf dem der Arbeiter sitzt, und für den zweiten Teil des Seils , der Arbeiter hebt sich mit einer Kraft, die zweimal geringer ist als sein Gewicht, weil das Gewicht des Arbeiters in zwei Teile des Seils geteilt wurde, den ersten - vom Sitz zum Block und den zweiten - vom Block zu den Händen des Arbeiters F = P / 2.

In Abb. 6 wird die Last von zwei Arbeitern für zwei Seile gehoben und das Gewicht der Last wird gleichmäßig auf die Seile verteilt und daher hebt jeder Arbeiter die Last mit einer Kraft von der Hälfte des Gewichts der Last F = P / 2 .

In Abb. 7 heben Arbeiter eine Last, die an zwei Teilen eines Seils hängt, und das Gewicht der Last wird gleichmäßig zwischen den Teilen dieses Seils (wie zwischen zwei Seilen) verteilt und jeder Arbeiter hebt die Last mit einer Kraft von halbes Gewicht der Ladung F = P / 2.

In Abb. 8 wurde das Ende des Seils, bei dem einer der Arbeiter die Last gehoben hat, an einer festen Aufhängung befestigt, und das Gewicht der Last wurde auf zwei Teile des Seils verteilt, und wenn der Arbeiter die Last hebt am anderen Ende des Seils ist die Kraft, mit der der Arbeiter die Last hebt, das doppelte Gewicht der Last F = P / 2 und das Heben der Last wird zweimal langsamer sein.

In Abb. 9 hängt die Last an 3 Teilen eines Seils, von denen ein Ende befestigt ist, und der Kraftzuwachs beim Heben der Last beträgt 3, da das Gewicht der Last auf drei Teile des Seils verteilt wird F = P / 3.

Um die Biegung zu beseitigen und die Reibungskraft zu reduzieren, wird ein einfacher Block an der Stelle installiert, an der die Last aufgehängt ist, und die zum Heben der Last erforderliche Kraft hat sich nicht geändert, da ein einfacher Block die Festigkeit von Abb. 10 und Abb. 11, und der Block selbst wird aufgerufen beweglicher Block, da die Achse dieses Blocks mit der Last hebt und fällt.

Theoretisch kann die Last an einer unbegrenzten Anzahl von Teilen eines Seils aufgehängt werden, praktisch ist sie jedoch auf sechs Teile beschränkt und ein solcher Hebemechanismus wird genannt Flaschenzug, die aus einem festen und beweglichen Clip mit einfachen Klötzen besteht, die abwechselnd von einem Seil umgebogen werden, ein Ende an einem festen Clip befestigt und am anderen Ende des Seils die Last angehoben wird. Der Festigkeitsgewinn hängt von der Anzahl der Kabelteile zwischen den festen und beweglichen Clips ab, normalerweise 6 Kabelteile und der Festigkeitsgewinn 6-fach.

Der Artikel diskutiert die realen Wechselwirkungen zwischen den Blöcken und dem Seil beim Heben einer Last. Die bestehende Praxis in der Definition, dass "ein fester Block keinen Kraftgewinn und ein beweglicher Block einen 2-fachen Kraftgewinn ergibt" hat das Zusammenspiel eines Seils und eines Blocks im Hebemechanismus fälschlicherweise interpretiert und spiegelte nicht die ganze Vielfalt an Blockbauformen, die zur Entwicklung von einseitig fehlerhaften Blockideen führten. Im Vergleich zu den vorhandenen Materialbänden zum Studium eines einfachen Blockmechanismus hat sich das Volumen des Artikels verdoppelt, wodurch es jedoch möglich wurde, die in einem einfachen Hubmechanismus ablaufenden Prozesse nicht nur den Studenten, sondern auch den Schülern anschaulich und anschaulich zu erklären Lehrer.

Literatur:

1. Peryshkin, A. V. Physik, Klasse 7: Lehrbuch / A. V. Peryshkin - 3. Aufl., Zusatz - M.: Drofa, 2014, - 224 S.,: Ill. ISBN 978-5-358-14436-1. § 61. Anwendung der Balanceregel des Hebels auf den Block, S. 181–183.
2. Gendenstein, L. E. Physik. 7. Klasse. Um 14 Uhr Teil 1. Lehrbuch für Bildungseinrichtungen / L. E. Gendenshten, AB Kaidalov, VB Kozhevnikov; Hrsg. V. A. Orlova, I., I. Roysen - 2. Aufl., Rev. - M.: Mnemosina, 2010.-254 S.: Abb. ISBN 978-5-346-01453-9. § 24. Einfache Mechanismen, S. 188-196.
3. Elementares Lehrbuch der Physik, herausgegeben von Akademiemitglied GS Landsberg Band 1. Mechanik. Hitze. Molecular Physics - 10. Aufl. - M.: Nauka, 1985. § 84. Einfache Maschinen, S. 168-175.
4. Gromov, S. V. Physik: Lehrbuch. für 7cl. Allgemeinbildung. Institutionen / S. V. Gromov, N. A. Rodina - 3. Aufl. - M.: Bildung, 2001.-158 s,: Ill. ISBN-5-09-010349-6. §22. Block, S. 55 - 57.

Stichworte: Block, Doppelblock, fester Block, beweglicher Block, Flaschenzugblock..

Anmerkung: Physiklehrbücher für die 7. Klasse interpretieren beim Studium eines einfachen Blockmechanismus den Kraftzuwachs beim Heben einer Last mit diesem Mechanismus auf unterschiedliche Weise, zum Beispiel: Im Lehrbuch von AV Peryshkin wird der Kraftgewinn mit dem Blockrad erreicht, das ist von den Kräften des Hebels beaufschlagt, und im Lehrbuch von Gendenstein L.E. wird die gleiche Verstärkung mit Hilfe eines Kabels erreicht, auf das die Zugkraft des Kabels wirkt. Unterschiedliche Lehrbücher, unterschiedliche Gegenstände und unterschiedliche Kräfte - um beim Heben einer Last an Kraft zu gewinnen. Der Zweck dieses Artikels besteht daher darin, nach Objekten und Kräften zu suchen, mit deren Hilfe beim Heben einer Last mit einem einfachen Blockmechanismus ein Kraftgewinn erzielt wird.