Wie funktionieren Blöcke? Blöcke als einfache Mechanismen Laborarbeit bewegende Blöcke gewinnen an Kraft.

Beschreibung des Gerätes

Der Block ist ein einfacher Mechanismus, bei dem es sich um ein Rad mit einer Nut um den Umfang für ein Seil oder eine Kette handelt, das sich frei um seine Achse drehen kann. Aber auch ein über einen Ast geworfenes Seil ist gewissermaßen ein Block.

Warum werden Blöcke benötigt?

Abhängig von ihrer Konstruktion können die Blöcke die Richtung der aufgebrachten Kraft ändern (um beispielsweise eine bestimmte Last, die an einem über einen Ast geworfenen Seil hängt, zu heben, müssen Sie das andere Ende des Seils nach unten ziehen .. . oder zur Seite). Gleichzeitig wird dieser Block keinen Kraftzuwachs geben. Solche Blöcke heißen bewegungslos, da die Drehachse des Blocks starr fixiert ist (natürlich, wenn der Ast nicht bricht). Solche Blöcke werden der Einfachheit halber verwendet. Wenn Sie beispielsweise eine Last auf eine Höhe heben, ist es viel einfacher, ein Seil mit einer über den Block geworfenen Last zu ziehen. Abstieg , das Gewicht Ihres Körpers darauf zu legen, als oben zu stehen und eine Last mit einem Seil zu sich zu ziehen.

Darüber hinaus gibt es Blöcke, mit denen Sie nicht nur die Richtung der ausgeübten Kraft ändern, sondern auch an Kraft gewinnen können. Ein solcher Block heißt Handy, Mobiltelefon und es funktioniert genau das Gegenteil des beweglichen Blocks.

Um einen Kraftzuwachs zu erzielen, muss ein Ende des Seils starr befestigt werden (z. B. an einem Ast festbinden). Als nächstes wird an dem Seil, an dem die Last aufgehängt ist, ein Rad mit einer Rille montiert (dies muss so erfolgen, dass das Rad mit der Last frei auf unserem Seil laufen kann).Wenn wir nun das freie Ende des Seils nach oben ziehen, sehen wir, dass auch der Block mit dem Gewicht zu steigen begann.

Der Kraftaufwand, den wir aufwenden müssen, um die Last auf diese Weise zu heben, ist etwa zweimal geringer als das Gewicht der Last zusammen mit dem Block. Leider erlaubt dieser Blocktyp keine Änderung der Kraftrichtung in weiten Grenzen, daher wird er oft zusammen mit einem stationären (starr befestigten) Block verwendet.

Erlebnisbeschreibung

Zunächst demonstriert das Video das Funktionsprinzip eines festen Blocks: An einem starr befestigten Block werden Lasten gleicher Masse aufgehängt, während sich der Block im Gleichgewicht befindet. Aber man muss nur ein zusätzliches Gewicht aufhängen, und der Vorteil beginnt sofort auf der großen Seite.

Darüber hinaus versuchen wir mit einem System aus beweglichen und festen Blöcken, einen Gleichgewichtszustand zu erreichen, indem wir die optimale Anzahl von Gewichten wählen, die von beiden Seiten aufgehängt sind. Als Ergebnis wird der Block ausbalanciert, wenn die Anzahl der am beweglichen Block aufgehängten Gewichte doppelt so groß wird wie die am freien Ende des Fadens aufgehängten Gewichte.

Daraus können wir schließen, dass der bewegliche Block gibt einen doppelten Kraftgewinn.

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Wussten Sie, dass bewegliche und feste Blöcke in Kraftübertragungsmechanismen von Autos weit verbreitet sind? Darüber hinaus werden die Blöcke von Bauherren verwendet, um große und kleine Lasten (gut oder sich selbst) zu heben. Zum Beispiel arbeiten Bauherren bei der Reparatur von Außenfassaden von Gebäuden oft in einer Wiege, die sich zwischen den Stockwerken bewegen kann. Nach Abschluss der Arbeiten an einem Stockwerk, Arbeiter können die Wiege schnell eine Etage höher bewegen, nur mit eigener Kraft). Blöcke sind wegen ihrer einfachen Montage und Benutzerfreundlichkeit so weit verbreitet.

Deren Achse beim Heben von Lasten fixiert ist, hebt oder senkt sich nicht. Es ist ein Rad mit einer Nut am Umfang, das sich um seine Achse dreht. Die Rinne ist für ein Seil, eine Kette, einen Riemen usw. bestimmt. Wenn die Achse des Blocks in Klammern an einem Balken oder einer Wand befestigt ist, wird ein solcher Block als fest bezeichnet (dh die Achse des Blocks ist fest); Wenn an diesen Clips eine Last angebracht ist und sich der Block mit ihnen bewegen kann, wird ein solcher Block als beweglich bezeichnet.

Fester Block zum Heben kleiner Lasten oder zum Wechseln der Kraftrichtung.

Blockgleichgewichtsbedingung:

F = f mg (\ displaystyle ~ F = fmg), wo

F (\ Anzeigestil F)- ausgeübte äußere Kraft, m (\ Anzeigestil m)- die Masse der Ladung, g (\ Anzeigestil g)- Erdbeschleunigung, f (\ Anzeigestil f)- Widerstandskoeffizient im Block (für Ketten etwa 1,05 und für Seile - 1,1).

Ohne Reibung erfordert das Heben eine Kraft, die dem Gewicht der Last entspricht.

Beweglicher Block hat eine freie Achse und soll die Größe der aufgebrachten Kräfte ändern. Wenn die Enden des um den Block gewickelten Seils mit dem Horizont gleiche Winkel bilden, dann bezieht sich die auf die Last wirkende Kraft auf ihr Gewicht, als Radius des Blocks auf die Sehne des um das Seil gewickelten Bogens; Wenn also die Seile parallel sind (dh wenn der vom Seil umschlungene Bogen einem Halbkreis entspricht), erfordert das Heben der Last eine Kraft, die halb so groß ist wie das Gewicht der Last, d. h.:

F = 1 2 f m g (\ displaystyle ~ F = (1 \ über (2)) fmg)

In diesem Fall legt die Last eine Strecke zurück, die der Hälfte der Strecke entspricht, die der Kraftangriffspunkt F zurückgelegt hat, bzw. die Kraftverstärkung des beweglichen Blocks beträgt 2.

Tatsächlich ist jeder Block ein Hebel, bei einem festen Block - gleiche Arme, bei einem beweglichen - mit einem Verhältnis von Armen 1 zu 2. Wie bei jedem anderen Hebel gilt die Regel für einen Block : Wie oft gewinnen wir an Anstrengung, so oft verlieren wir an Distanz... Mit anderen Worten, die Arbeit, die geleistet wird, wenn die Last ohne Verwendung des Blocks um eine beliebige Distanz bewegt wird, ist gleich der Arbeit, die aufgewendet wird, wenn die Last mit Hilfe des Blocks um dieselbe Distanz bewegt wird, vorausgesetzt, es gibt keine Reibung. Es gibt immer einen gewissen Verlust in einem echten Block.

Eingesetzt wird auch ein System aus einer Kombination mehrerer beweglicher und fester Einheiten. Dieses System wird Kettenzug genannt. Das einfachste solche System ist in der Abbildung dargestellt und bietet einen 2-fachen Festigkeitsgewinn.

Im Gegensatz zu einer Riemenscheibe dreht sich der Block frei auf der Achse und sorgt ausschließlich für eine Änderung der Bewegungsrichtung des Riemens oder Seils, ohne Kräfte von der Achse auf den Riemen oder vom Riemen auf die Achse zu übertragen.

In der modernen Technologie für den Güterumschlag auf Baustellen und in Unternehmen werden häufig Hebemechanismen verwendet, deren unverzichtbare Komponenten als einfache Mechanismen bezeichnet werden können. Darunter befinden sich die ältesten Erfindungen der Menschheit: der Block und der Hebel. Der antike griechische Wissenschaftler Archimedes erleichterte die Arbeit des Menschen, 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.

Der bewegliche und der feste Block sind 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.

Archimedes betrachtete den festen Block 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 Kraft zu ändern, was manchmal erforderlich ist.

Archimedes hielt den beweglichen Block für einen ungleichen Hebel, was 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." ...

Der Block bringt keinen Arbeitsgewinn und bestätigt die goldene Regel der Mechanik. Dies lässt sich leicht überprüfen, indem man auf die von Hand und Kettlebell zurückgelegten Distanzen achtet.

Sportsegelschiffe kommen wie Segelboote der Vergangenheit nicht ohne Blockierungen beim Setzen und Steuern der Segel aus. Moderne Schiffe brauchen Blöcke zum Heben von Signalen, Booten.

Dies ist eine Kombination aus beweglichen und festen Blöcken auf einer elektrifizierten Bahnstrecke zum Einstellen der Spannung von Drähten.

Ein solches Blocksystem kann von Segelfliegern verwendet werden, um ihre Fahrzeuge in die Luft zu heben.

Der Begriff "Block" bedeutet ein mechanisches Gerät, das eine Rolle ist, die auf einer senkrechten Achse befestigt ist. Diese Rolle kann sich entweder frei bewegen oder ist im Gegenteil starr fixiert. Vereinfachen wir die Definition - wenn sich die Rollendrehachse im Raum bewegt, ist der Block beweglich. Die Rolle hat eine Nut, in die ein Seil oder Kabel eingelegt wird. Das Bild unten zeigt das Aussehen des Blocks.

Wird die Rolle beispielsweise an der Decke montiert, handelt es sich um eine feste Einheit. Bewegt sich die Rolle mit der Last, handelt es sich um einen beweglichen Block. Im Allgemeinen besteht der einzige Unterschied darin.

Der Zweck der Verwendung einer beweglichen Einheit besteht darin, beim Heben oder Bewegen von Lasten und physischen Körpern an Kraft zu gewinnen. Der feste Block bringt keinen Gewinn, er vereinfacht jedoch oft die Bewegung des Körpers erheblich und wird in Systemen zusammen mit dem beweglichen Block verwendet.

Anwendung von beweglichen und festen Blöcken

Das Blocksystem ist allgegenwärtig. Dies sind Kräne und verschiedene Geräte zum Bewegen von Gütern in der Garage und sogar Antriebsriemen in einem modernen Auto. Oft wird der Block verwendet, auch ohne dass klar ist, dass dies der eigentliche Mechanismus ist.

Sicherlich sind Sie auf Baustellen auf bewegliche Räder gestoßen, die in den oberen Etagen eines im Bau befindlichen Hauses befestigt sind. Ein Seil oder eine Kette wird über ein solches Rad geworfen und der Arbeiter, der den Eimer im ersten Stock befestigt, hebt ihn in die obere Etage und bewegt das Seil. Dies ist ein einfaches Beispiel für die Verwendung eines festen Blocks. Wenn Sie der Schaufel ein weiteres Rad hinzufügen, erhalten Sie ein System von Blöcken - beweglich und stationär.

Ein weiteres selteneres Beispiel für die Verwendung eines festen Blocks. Wenn eine Person ein Auto aus dem Schlamm zieht, indem sie ein Abschleppseil um einen Baumstamm wickelt. Dies dient der zusätzlichen Bequemlichkeit, da die Schleppwinde leicht am kleinen Ende des um den Lauf gewickelten Kabels hängen bleibt. Ein solcher Block selbst bringt keinen Vorteil, und da sich der Baum nicht um seine Achse dreht, erhöht die Widerstandskraft die Belastung.

Es gibt viele Beispiele für die Verwendung dieser einfachen Mechanismen um uns herum.

Das bekannteste Gerät, das nach dem Blockprinzip arbeitet, ist ein Kettenzug. Es wird aktiv in Hebemechanismen verwendet. Das Blocksystem reduziert die Kraft und die Gesamtarbeit wird um das 4-8-fache reduziert.

Lösen von Problemen mit beweglichen und festen Einheiten

Bei physikalischen Problemen ist es oft notwendig zu bestimmen, wie viel Gesamtkraftgewinn bei der Verwendung von Blöcken erzielt wird. Dem Studenten wird ein komplexes Schema angeboten, bei dem mehrere Blöcke unterschiedlichen Typs in einer Reihe verbunden sind.

Der Schlüssel zur Lösung solche Aufgaben liegen in der Fähigkeit, das Zusammenspiel dieser Geräte zu verstehen. Jeder Block wird separat berechnet und dann zur Gesamtformel hinzugefügt. Die Berechnungsformel für das gesamte Problem wird nach dem Diagramm erstellt, das der Schüler beim Lesen der Bedingung gezeichnet hat.

Zum besseren Verständnis solcher Aufgaben sollte daran erinnert werden, dass der block ist eine art hebel... Die gewonnene Kraft führt zu einem Distanzverlust (bei einem beweglichen Block).

Die Berechnungsformel ist sehr einfach.

Für einen festen Block F = fmg, wobei F die Kraft ist, f der Widerstandskoeffizient des Blocks, m die Masse der Last, g die Gravitationskonstante ist. Mit anderen Worten, F ist die Kraft, die aufgebracht werden muss, um beispielsweise eine Kiste mit einem stationären Block vom Boden zu heben. Wie Sie sehen, ist die Beziehung direkt und es gibt keinen Koeffizienten.

Für den beweglichen Block Wir haben die doppelte Stärke. Berechnungsformel F = 0,5fmg, wobei die Buchstabenbezeichnungen der obenstehenden Formel ähneln. Dementsprechend ist bei Verwendung eines beweglichen Blocks eine solche Kiste mit der Masse m mit einem Block doppelt so leicht anzuheben, als wenn nur der eigene Rücken verwendet wird.

beachten Sie, dass Luftwiderstandsbeiwert- Dies ist der Widerstand, der im Block entsteht, wenn sich das Seil daran entlang bewegt. Normalerweise werden diese Werte in der Problemstellung angegeben oder sind ein Tabellenwert. Bei schulischen Problemen werden diese Koeffizienten manchmal komplett weggelassen und nicht berücksichtigt.

Vergiss das auch nicht bei schräger Krafteinleitung sollte die Standardmethode zur Berechnung des Kräftedreiecks verwendet werden... Wenn das Problem besagt, dass eine Person eine Last an einem Seil zieht, das 30 Grad zum Horizont steht, muss dies unbedingt berücksichtigt und im Auslegungsdiagramm angegeben werden.