Bloki służą do podnoszenia ładunków. Blok to koło z rowkiem, zamocowane w klatce. Lina, lina lub łańcuch jest przepuszczany przez zsyp bloku. Bez ruchu taki blok jest wywoływany, którego oś jest nieruchoma, a podczas podnoszenia ładunków nie podnosi się ani nie opada (ryc. 1, a, b).
Stały blok można uznać za dźwignię równoramienną, w której ramiona przyłożonej siły są równe promieniowi koła. W konsekwencji z zasady momentów wynika, że nieruchomy blok nie daje przyrostu siły. Pozwala na zmianę kierunku siły.
Rysunek 2, a, b pokazuje ruchomy blok(oś bloku podnosi się i opada wraz z ładunkiem). Taki blok obraca się wokół chwilowej osi O. Reguła momentów dla niego będzie miała postać
W ten sposób ruchomy blok daje dwukrotny wzrost wytrzymałości.
Zwykle w praktyce stosuje się kombinację bloczka stałego z ruchomym (rys. 3). Stały blok jest tylko dla wygody. Zmieniając kierunek działania siły, pozwala np. na podniesienie ładunku stojąc na ziemi.
Najczęściej do zdobycia siły wykorzystuje się proste mechanizmy. Oznacza to, że przy mniejszej sile, aby przenieść większy ciężar w porównaniu z nim. W tym przypadku przyrost mocy nie jest osiągany „bezpłatnie”. Ceną za to jest utrata odległości, czyli potrzeba więcej ruchu niż bez użycia prostego mechanizmu. Jednak gdy siły są ograniczone, korzystna jest „wymiana” odległości na siłę.
Bloki ruchome i stałe to tylko niektóre z rodzajów prostych mechanizmów. Dodatkowo są zmodyfikowaną dźwignią, która również jest prostym mechanizmem.
Naprawiono blok nie daje przyrostu siły, po prostu zmienia kierunek jej stosowania. Wyobraź sobie, że musisz podnieść ciężki ładunek za linę. Będziesz musiał go podciągnąć. Ale jeśli użyjesz nieruchomego bloku, będziesz musiał ściągnąć w dół, podczas gdy ładunek wzrośnie. W takim przypadku będzie ci łatwiej, ponieważ wymagana siła będzie składać się z siły mięśni i wagi. Bez użycia stałego bloku należałoby przyłożyć tę samą siłę, ale zostałaby ona osiągnięta wyłącznie dzięki sile mięśni.
Stały blok to koło z rynną linową. Koło jest nieruchome, może obracać się wokół własnej osi, ale nie może się poruszać. Końce liny (kabla) zwisają, do jednego przyczepia się ładunek, do drugiego przykładana jest siła. Jeśli pociągniesz linę w dół, ładunek uniesie się.
Ponieważ nie ma przyrostu siły, nie ma utraty odległości. Na jaką odległość podniesie się ładunek, lina musi zostać opuszczona na tę samą odległość.
Stosowanie blok toczenia daje dwukrotny przyrost siły (najlepiej). Oznacza to, że jeśli ciężar ładunku wynosi F, to aby go podnieść, należy przyłożyć siłę F/2. Ruchomy blok składa się z tego samego koła z rowkiem na linkę. Jednak tutaj jeden koniec kabla jest zamocowany, a koło jest ruchome. Koło porusza się z ładunkiem.
Ciężar ładunku to siła skierowana w dół. Jest równoważony przez dwie siły skierowane w górę. Jeden jest tworzony przez wspornik, do którego przymocowany jest kabel, a drugi jest ciągnięty przez kabel. Siła naciągu kabla jest taka sama po obu stronach, co oznacza, że ciężar ładunku jest między nimi równomiernie rozłożony. Dlatego każda z sił jest 2 razy mniejsza niż ciężar ładunku.
W rzeczywistych sytuacjach przyrost siły jest mniejszy niż 2 razy, ponieważ siła nośna jest częściowo „wydawana” na ciężar liny i klocka, a także na tarcie.
Ruchomy blok, dający prawie dwukrotny przyrost siły, daje dwukrotną utratę dystansu. Aby podnieść ładunek na określoną wysokość h, konieczne jest, aby liny z każdej strony bloku zmniejszyły się o tę wysokość, czyli łącznie 2h.
Zwykle stosuje się kombinacje bloków stałych i ruchomych - bloki koła pasowego. Pozwalają na wzrost siły i kierunku. Im więcej ruchomych bloków we wciągniku łańcuchowym, tym większy przyrost siły.
Zastosowanie bloczka ruchomego daje dwukrotny przyrost siły, zastosowanie bloczka stałego pozwala na zmianę kierunku przyłożonej siły. W praktyce stosuje się kombinacje bloków ruchomych i stałych. W takim przypadku każdy ruchomy blok pozwala zmniejszyć o połowę przyłożoną siłę lub podwoić prędkość ruchu ładunku. Bloki stałe służą do łączenia bloków mobilnych w jeden system. Taki system ruchomych i stałych bloków nazywany jest wciągnikiem łańcuchowym.
Definicja
Polyspast to system ruchomych i stacjonarnych bloków połączonych elastycznym połączeniem (liny, łańcuchy) służącym do zwiększenia siły lub prędkości podnoszenia ładunków.
Wciągnik łańcuchowy jest stosowany w przypadkach, gdy konieczne jest podniesienie lub przemieszczenie ciężkiego ładunku przy minimalnym wysiłku, zapewnienie napięcia itp. Najprostszy wciągnik łańcuchowy składa się tylko z jednego klocka i liny, a pozwala zmniejszyć o połowę siłę pociągową wymaganą do podniesienia ładunku.
Rysunek 1. Każdy ruchomy klocek we wciągniku łańcuchowym daje dwukrotny wzrost siły lub prędkości
Zazwyczaj w mechanizmach podnoszenia stosuje się krążki napędowe, które pozwalają na zmniejszenie naciągu liny, momentu od ciężaru ładunku na bębnie oraz przełożenia mechanizmu (wciągniki, wciągarki). Znacznie rzadziej stosowane są szybkobieżne bloki kół pasowych, które pozwalają na zwiększenie prędkości przesuwania ładunku przy niskich prędkościach elementu napędowego. Stosowane są w podnośnikach hydraulicznych lub pneumatycznych, wózkach widłowych oraz teleskopowych mechanizmach wysuwania wysięgnika do dźwigów.
Główną cechą wciągnika łańcuchowego jest wielość. Jest to stosunek liczby gałęzi korpusu elastycznego, na którym zawieszony jest ładunek, do liczby gałęzi nawiniętych na bęben (dla bloków napędowych) lub stosunek prędkości przedniego końca korpusu elastycznego do napędzany (dla szybkobieżnych bloków koła pasowego). Relatywnie mówiąc, krotność to teoretycznie obliczony współczynnik przyrostu siły lub prędkości podczas używania wciągnika łańcuchowego. Zmiana wielokrotności wciągnika łańcuchowego następuje poprzez wprowadzenie lub usunięcie dodatkowych bloczków z układu, przy czym koniec liny z wielokrotnością parzystą mocowany jest do stałego elementu konstrukcji, a wielokrotnością nieparzystą - do klatki hakowej.
Rysunek 2. Mocowanie liny przy parzystej i nieparzystej liczbie wciągnika łańcuchowego
Przyrost siły podczas używania wciągnika łańcuchowego z $ n $ ruchomymi i $ n $ nieruchomymi blokami określa wzór: $ P = 2Fn $, gdzie $ P $ to ciężar ładunku, $ F $ to przyłożona siła na wejściu wciągnika łańcuchowego $ n $ to liczba ruchomych bloków.
W zależności od ilości odgałęzień liny zamocowanych na bębnie mechanizmu podnoszącego można wyróżnić zblocza pojedyncze (proste) i podwójne. W pojedynczych blokach krążków podczas nawijania lub rozwijania elastycznego elementu z powodu jego ruchu wzdłuż osi bębna powstaje niepożądana zmiana obciążenia podpór bębna. Ponadto, jeśli w systemie nie ma wolnych zbloczy (lina ze zblocza hakowego trafia bezpośrednio do bębna), ładunek porusza się nie tylko w płaszczyźnie pionowej, ale również poziomej.
Rysunek 3. Pojedyncze i podwójne zblocza krążkowe
Aby zapewnić ściśle pionowe podnoszenie ładunku, stosuje się podwójne bloczki (składające się z dwóch pojedynczych), w tym przypadku oba końce liny są zamocowane na bębnie. Aby zapewnić normalne położenie zawieszenia haka przy nierównomiernym rozciąganiu elastycznego elementu obu krążków, stosuje się balanser lub klocki wyrównujące.
Rysunek 4. Sposoby zapewnienia pionowości podnoszenia ładunku
Szybkobieżne bloki kół pasowych różnią się od rolek napędowych tym, że w nich siła robocza, zwykle wytwarzana przez siłownik hydrauliczny lub pneumatyczny, jest przykładana do ruchomej klatki, a ładunek jest zawieszony na wolnym końcu liny lub łańcucha. Przyrost prędkości przy stosowaniu takiego wciągnika łańcuchowego uzyskuje się w wyniku wzrostu wysokości podnoszenia ładunku.
Stosując bloki koła pasowego należy pamiętać, że elementy zastosowane w systemie nie są całkowicie elastycznymi ciałami, ale mają pewną sztywność, dlatego nadjeżdżająca gałąź nie wpada od razu w strumień bloku, a gałąź biegnąca nie od razu wyprostować. Jest to najbardziej zauważalne podczas korzystania z lin stalowych.
Pytanie: dlaczego w żurawiach budowlanych hak przenoszący ładunek jest mocowany nie na końcu liny, ale na uchwycie ruchomego bloku?
Odpowiedź: aby zapewnić pionowość podnoszenia ładunku.
Rysunek 5 przedstawia blok koła pasowego z mocą, w którym znajduje się kilka ruchomych bloków i tylko jeden nieruchomy. Określić, ile ciężaru można podnieść, przykładając siłę $ F $ = 200 N do nieruchomego bloku?
Rysunek 5
Każdy z ruchomych bloków sprzętu siłowego podwaja przyłożoną siłę. Ciężar, jaki może unieść styropian energetyczny trzeciego stopnia (bez uwzględnienia poprawek na siły tarcia i sztywność kabla) określa wzór:
Odpowiedź: wciągnik łańcuchowy może podnieść ładunek o wadze 800 N.
Blok jest rodzajem dźwigni, jest kołem z rowkiem (rys. 1), przez rowek można przewlec lina, linka, lina lub łańcuch.
Rys. 1. Widok ogólny bloku
Bloki dzielą się na ruchome i stałe.
Oś jest zamocowana na nieruchomym bloku, podczas podnoszenia lub opuszczania ładunku nie podnosi się ani nie opada. Ciężar podnoszonego ładunku oznaczono przez P, przyłożoną siłę przez F, a punkt podparcia O (rys. 2).
Rys. 2. Naprawiono blok
Ramię siły P to odcinek OA (ramię siły l 1), ramię siły F jest segmentem OB (ramię siły l 2) (rys. 3). Te segmenty to promienie koła, a następnie ramiona są równe promieniowi. Jeśli ramiona są równe, to ciężar ładunku i siła, którą przykładamy do podnoszenia, są liczbowo równe.
Rys. 3. Naprawiono blok
Taki blok nie daje przyrostu siły.Z tego możemy wywnioskować, że wskazane jest użycie stałego bloku dla wygody podnoszenia, łatwiej jest podnieść ładunek w górę za pomocą siły skierowanej w dół.
Urządzenie, w którym oś można podnosić i opuszczać wraz z ładunkiem. Działanie jest podobne do działania dźwigni (rys. 4).
Ryż. 4. Ruchomy blok
Do działania tego bloku jeden koniec liny jest przymocowany, na drugi koniec przykładamy siłę F, aby podnieść ładunek o wadze P, ładunek jest przymocowany do punktu A. Punktem podparcia podczas obrotu będzie punkt O, ponieważ w każdym momencie ruchu klocek obraca się, a punkt O służy jako punkt podparcia (rys. 5).
Ryż. 5. Ruchomy blok
Ramię siły F ma dwa promienie.
Wartość ramienia siły P to jeden promień.
Ramiona sił różnią się o połowę, zgodnie z zasadą równowagi dźwigni, siły różnią się dwukrotnie. Siła potrzebna do podniesienia ładunku o ciężarze P będzie równa połowie ciężaru ładunku. Ruchomy blok daje podwójną przewagę wytrzymałości.
W praktyce kombinacje bloków służą do zmiany kierunku przykładanej siły do podnoszenia i zmniejszenia jej o połowę (rys. 6).
Ryż. 6. Połączenie jednostek ruchomych i stałych
Na lekcji zapoznaliśmy się z urządzeniem stałego i ruchomego bloku, zdemontowanym, że bloki są rodzajami dźwigni. Aby rozwiązać problemy na ten temat, należy pamiętać o zasadzie równowagi dźwigni: stosunek sił jest odwrotnie proporcjonalny do stosunku ramion tych sił.
- Lukashik V.I., Ivanova E.V. Zbiór problemów z fizyki dla klas 7-9 placówek oświatowych. - 17. ed. - M .: Edukacja, 2004.
- Peryshkin A.V. Fizyka. 7 kl. - 14 wyd., Stereotyp. - M .: Drop, 2010.
- Peryshkin A.V. Zbiór problemów z fizyki, kl. 7-9: wyd. V, Stereotyp. - M: Wydawnictwo "Egzamin", 2010.
- Klasa-fizika.narod.ru ().
- Szkoła.xvatit.com ().
- Scienceland.info ().
Zadanie domowe
- Przekonaj się sam, czym jest wciągnik łańcuchowy i jaki daje przyrost siły.
- Gdzie są używane stałe i ruchome klocki w życiu codziennym?
- Czy łatwiej się wspinać: wspinać się po linie czy wspinać ze stałym klockiem?
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.
Dalej, wykorzystując system ruchomych i stałych klocków, staramy się osiągnąć stan równowagi poprzez dobór optymalnej ilości 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.