Opis urządzenia
Klocek to prosty mechanizm, który jest kołem z rowkiem na obwodzie na linę lub łańcuch, który może się swobodnie obracać wokół własnej osi. Jednak lina przerzucona przez gałąź drzewa też jest do pewnego stopnia blokiem.
Dlaczego potrzebne są bloki?
W zależności od konstrukcji, klocki mogą umożliwiać zmianę kierunku przyłożonej siły (np. aby podnieść określony ładunek zawieszony na linie przerzuconej przez gałąź drzewa, należy pociągnąć drugi koniec liny w dół.. lub z boku). Jednocześnie ten blok nie da przyrostu siły. Takie bloki nazywają się bez ruchu, ponieważ oś obrotu bloku jest sztywno ustalona (oczywiście, jeśli gałąź nie pęka). Takie bloki są używane dla wygody. Na przykład podczas podnoszenia ładunku na wysokość znacznie łatwiej jest ciągnąć linę z ładunkiem przerzuconym przez klocek.
droga w dół , kładąc na nim ciężar ciała, niż stojąc na górze i ciągnąc do siebie ładunek z liną.Ponadto istnieją klocki, które pozwalają nie tylko zmienić kierunek przyłożonej siły, ale także dają przyrost siły. Taki blok nazywa się mobilny i działa dokładnie odwrotnie niż ruchomy blok.
Aby uzyskać siłę, jeden koniec liny musi być sztywno przymocowany (na przykład przywiązać go do gałęzi). Następnie na linę, na której zawieszony jest ładunek, montuje się koło z rowkiem (należy to zrobić w taki sposób, aby koło z ładunkiem mogło swobodnie jeździć po naszej linie).
Teraz pociągając wolny koniec liny do góry, zobaczymy, że klocek z ciężarem również zaczął się podnosić.Wysiłki, które będziemy musieli włożyć, aby podnieść ładunek w ten sposób, będą około 2 razy mniejsze niż ciężar ładunku wraz z blokiem. Niestety tego typu bloczek nie pozwala na zmianę kierunku siły w szerokich granicach, dlatego często stosuje się go w tandemie z bloczkiem stacjonarnym (sztywno zamocowanym).
Opis doświadczenia
Najpierw film demonstruje zasadę działania nieruchomego klocka: ciężarki o tej samej masie są zawieszone na sztywno zamocowanym klocku, podczas gdy klocek jest w równowadze. Ale wystarczy powiesić tylko jeden dodatkowy ciężar, a przewaga natychmiast zaczyna się na dużą stronę.
Ponadto, wykorzystując system ruchomych i stałych klocków, staramy się osiągnąć stan równowagi poprzez dobranie optymalnej liczby ciężarków zawieszonych z obu stron. W rezultacie blok jest wyważony, gdy liczba obciążników zawieszonych na bloku ruchomym staje się dwa razy większa niż obciążników zawieszonych na swobodnym końcu nici.
Możemy więc stwierdzić, że ruchomy blok daje podwójny przyrost siły.
To interesujące
Czy wiesz, że ruchome i stałe zespoły są szeroko stosowane w mechanizmach transmisyjnych samochodów? Ponadto klocki są wykorzystywane przez budowniczych do podnoszenia dużych i małych ładunków (no lub samemu. Na przykład przy naprawie elewacji zewnętrznych budynków budowniczowie często pracują w kołysce, która może poruszać się między piętrami. Po zakończeniu prac na podłodze, robotnicy mogą szybko przenieść kołyskę o jedno piętro wyżej, korzystając tylko z własnej mocy). Bloki są tak rozpowszechnione ze względu na łatwość ich montażu i łatwość użytkowania.
Oś, której oś jest nieruchoma podczas podnoszenia ładunków, nie podnosi się ani nie opada. Jest to koło z rowkiem na obwodzie, obracające się wokół własnej osi. Rynna jest przeznaczona na linę, łańcuch, pas itp. Jeżeli oś bloku jest umieszczona w klipsach przymocowanych do belki lub ściany, taki blok nazywa się nieruchomym (to znaczy oś bloku jest nieruchoma); jeśli do tych zacisków przyczepiony jest ładunek, a klocek może się z nimi poruszać, wówczas taki klocek nazywa się ruchomym.
Naprawiono blok służy do podnoszenia małych ładunków lub do zmiany kierunku siły.
Warunek równowagi bloku:
F = f m g (\ styl wyświetlania ~ F = fmg)
, gdzieF (\ styl wyświetlania F)- przyłożona siła zewnętrzna, m (\ styl wyświetlania m)- masa ładunku, g (\ styl wyświetlania g)- przyśpieszenie grawitacyjne, f (\ styl wyświetlania f)- współczynnik oporu w bloku (dla łańcuchów ok. 1,05, a dla lin - 1,1).
W przypadku braku tarcia podnoszenie wymaga siły równej ciężarowi ładunku.
Ruchomy blok ma swobodną oś i służy do zmiany wielkości przyłożonych sił. Jeżeli końce liny owijające się wokół klocka tworzą kąty równe sobie z horyzontem, to siła działająca na ładunek odnosi się do jego ciężaru, jako promienia klocka do cięciwy łuku owiniętego wokół liny; stąd, jeśli liny są równoległe (to znaczy, gdy łuk owinięty liną jest równy półokręgu), to podniesienie ładunku będzie wymagało siły o połowę mniejszej niż ciężar ładunku, czyli:
F = 1 2 f m g (\ styl wyświetlania ~ F = (1 \ powyżej (2)) fmg)
W takim przypadku ładunek przejedzie odpowiednio połowę odległości przebytej przez punkt przyłożenia siły F, przyrost siły poruszającego się bloku wynosi 2.
W rzeczywistości każdy klocek jest dźwignią, w przypadku bloczka stałego - równe ramiona, w przypadku ruchomego - o stosunku ramion 1 do 2. Jak w przypadku każdej innej dźwigni, reguła obowiązuje dla bloku : Ile razy wygrywamy w wysiłku, ile razy przegrywamy w dystansie... Innymi słowy, praca wykonana, gdy ładunek zostanie przesunięty na dowolną odległość bez użycia bloku, jest równa pracy wykonanej, gdy ładunek zostanie przeniesiony na tę samą odległość za pomocą bloku, pod warunkiem, że nie występuje tarcie. W prawdziwym bloku zawsze jest jakaś strata.
Stosowany jest również system składający się z kombinacji kilku jednostek ruchomych i stałych. Ten system nazywa się wciągnikiem łańcuchowym. Najprostszy taki system pokazano na rysunku i daje 2-krotny wzrost siły.
W przeciwieństwie do koła pasowego, klocek obraca się swobodnie na osi i zapewnia wyłącznie zmianę kierunku ruchu pasa lub liny, bez przenoszenia sił z osi na pas lub z pasa na oś.
W nowoczesnej technologii transportu towarów na placach budowy i przedsiębiorstwach szeroko stosowane są mechanizmy podnoszące, których niezbędne elementy można nazwać prostymi mechanizmami. Wśród nich są najstarsze wynalazki ludzkości: blok i dźwignia. Starożytny grecki naukowiec Archimedes ułatwił człowiekowi pracę, dając mu siłę podczas używania swojego wynalazku i nauczył go zmieniać kierunek działania siły.
Blok to koło z rowkiem na obwodzie na linę lub łańcuch, którego oś jest sztywno przymocowana do belki ściennej lub sufitowej.
Urządzenia podnoszące zwykle używają nie jednego, ale kilku bloków. System bloków i lin zaprojektowanych w celu zwiększenia nośności nazywany jest wciągnikiem łańcuchowym.
Ruchomy i stały blok to te same starożytne proste mechanizmy, co dźwignia. Już w 212 roku p.n.e. za pomocą haków i chwytaków połączonych z blokami Syrakuzanie przejęli od Rzymian środki oblężenia. Archimedes kierował budową pojazdów wojskowych i obroną miasta.
Archimedes uważał nieruchomy blok za równoramienną dźwignię.
Moment siły działającej z jednej strony klocka jest równy momentowi siły przyłożonej z drugiej strony klocka. Siły, które tworzą te momenty, są takie same.
Nie ma przyrostu siły, ale taki blok pozwala na zmianę kierunku siły, co czasem jest konieczne.
Archimedes wziął ruchomy blok za nierówną dźwignię, co daje dwukrotny wzrost siły. Momenty sił działają względem środka obrotu, który w równowadze powinien być równy.
Archimedes zbadał właściwości mechaniczne ruchomego bloku i zastosował go w praktyce. Według Ateneusza „wymyślono wiele sposobów na wodowanie gigantycznego statku zbudowanego przez tyrana z Syrakuz Hieron, ale mechanik Archimedes, za pomocą prostych mechanizmów, sam zdołał przesunąć statek przy pomocy kilku osób. Archimedes wynalazł blok i przez wystrzelił ogromny statek.” ...
Blok nie daje zysku w pracy, potwierdzając złotą zasadę mechaniki. Łatwo to sprawdzić, zwracając uwagę na odległości pokonywane przez rękę i kettlebell.
Żaglowce sportowe, podobnie jak żaglowce przeszłości, nie mogą obejść się bez blokad podczas ustawiania i sterowania żaglami. Nowoczesne statki potrzebują bloków do podnoszenia sygnałów, łodzi.
Jest to połączenie ruchomych i stałych bloków na zelektryfikowanej linii kolejowej do regulacji napięcia przewodów.
Taki system klocków może być wykorzystany przez pilotów szybowcowych do podnoszenia swoich pojazdów w powietrze.
Termin „blok” oznacza jakieś urządzenie mechaniczne, które jest rolką, która jest zamocowana na prostopadłej osi. Ta rolka może się swobodnie poruszać lub, przeciwnie, jest sztywno zamocowana. Uprośćmy definicję - jeśli oś obrotu wałka porusza się w przestrzeni, to blok jest ruchomy. Rolka ma rowek, w który wkładana jest lina lub kabel. Poniższy obrazek przedstawia wygląd bloku.
Jeżeli rolka jest zamontowana np. na suficie, jest to jednostka stała. Jeżeli walec porusza się wraz z ładunkiem, jest to ruchomy blok. W ogólnym sensie jedyna różnica polega na tym.
Celem używania jednostki ruchomej jest zwiększenie siły podczas podnoszenia lub przenoszenia ciężarów i ciał fizycznych. Stały klocek nie daje wygranej, jednak często znacznie ułatwia ruch ciała i jest stosowany w układach w połączeniu z ruchomym klockiem.
Zastosowanie bloków ruchomych i stałych
System blokowy jest wszechobecny. Są to dźwigi, a także różnego rodzaju urządzenia do przemieszczania towarów w garażu, a nawet paski napędowe w nowoczesnym samochodzie. Często blok jest używany nawet bez jasnego zrozumienia, że to jest sam mechanizm.
Z pewnością na placach budowy natrafiliście na ruchome koła, zamocowane na górnych piętrach budowanego domu. Na takie koło przerzuca się linę lub łańcuch, a robotnik, mocując wiadro na pierwszym piętrze, podnosi je na piętro, przesuwając linę. To jest prosty przykład użycia stałego bloku. Jeśli dodasz kolejne koło do wiadra, otrzymasz system klocków - ruchomych i stałych.
Kolejny rzadszy przykład użycia stałego bloku. Kiedy osoba wyciąga samochód z błota, owijając linę holowniczą wokół pnia drzewa. Odbywa się to dla większej wygody, ponieważ wciągarka łatwo zaczepi się o mały koniec liny owiniętej wokół lufy. Sam taki blok nie daje żadnych korzyści, a ponieważ drzewo nie obraca się wokół własnej osi, siła oporu zwiększa obciążenie.
Wokół nas jest wiele przykładów wykorzystania tych prostych mechanizmów.
Najbardziej znanym urządzeniem działającym na zasadzie klocków jest wciągnik łańcuchowy. Jest aktywnie stosowany w mechanizmach podnoszących. System blokowy zmniejsza siłę, a całkowita praca jest zmniejszona o 4-8 razy.
Rozwiązywanie problemów z jednostkami ruchomymi i stałymi
W problemach fizyki często konieczne jest określenie, jaki całkowity przyrost siły zostanie uzyskany przy użyciu klocków. Student otrzymuje złożony schemat, w którym kilka bloków różnych typów jest połączonych w rzędzie.
Klucz do rozwiązania takie zadania polegają na umiejętności zrozumienia interakcji tych urządzeń. Każdy blok jest obliczany osobno, a następnie dodawany do ogólnej formuły. Wzór obliczeniowy dla całego problemu sporządzony jest zgodnie ze schematem, który uczeń narysował podczas czytania warunku.
Dla lepszego zrozumienia takich zadań należy pamiętać, że blok jest rodzajem dźwigni... Uzyskana siła powoduje utratę odległości (w przypadku ruchomego bloku).
Formuła obliczeniowa jest bardzo prosta.
Dla stałego bloku F = fmg, gdzie F to siła, f to współczynnik oporu bloku, m to masa ładunku, g to stała grawitacyjna. Innymi słowy, F to siła, którą należy przyłożyć, aby podnieść np. pudło z ziemi za pomocą nieruchomego bloku. Jak widać, zależność jest bezpośrednia i nie ma współczynnika.
Do ruchomego bloku mamy dwojaki przyrost siły. Wzór obliczeniowy F = 0.5fmg, gdzie oznaczenia liter są podobne do wzoru tuż powyżej. W związku z tym przy użyciu ruchomego klocka takie pudło o masie m będzie dwa razy łatwiejsze do podniesienia klockiem niż przy użyciu tylko własnych pleców.
zauważ, że współczynnik oporu- to opozycja, która powstaje w bloku, gdy lina się po nim porusza. Zwykle wartości te są określone w opisie problemu lub są wartościami tabelarycznymi. Czasami w problemach szkolnych współczynniki te są całkowicie pomijane i nie są brane pod uwagę.
Nie zapomnij też o tym jeżeli siła jest przyłożona pod kątem, należy zastosować standardową metodę obliczania trójkąta sił... Jeśli problem mówi, że osoba ciągnie ładunek za pomocą liny pod kątem 30 stopni do horyzontu, to z pewnością należy to wziąć pod uwagę i wskazać na schemacie projektowym.