Un bloc fix dă un câștig în forță. Care este diferența dintre un bloc mobil și un bloc fix? Utilizarea blocurilor mobile și fixe

Fizica clasa a 7-a. MECANISME SIMPLE

În tehnologia modernă pentru transferul de mărfuri la șantierele și întreprinderile, mecanismele de ridicare sunt utilizate pe scară largă, componente indispensabile ale cărora pot fi numitemecanisme simple. Printre acestea se numără cele mai vechi invenții ale omenirii: bloc și pârghie . Vechiul om de știință grec Arhimede a facilitat munca omului, oferindu-i un câștig de putere atunci când își folosea invenția și l-a învățat să schimbe direcția forței.

Un bloc este o roată cu o canelură în jurul circumferinței pentru o frânghie sau un lanț, a cărui axă este atașată rigid de o grindă de perete sau tavan. Dispozitivele de ridicare folosesc de obicei nu unul, ci mai multe blocuri. Un sistem de blocuri și cabluri conceput pentru a crește capacitatea de transport se numește palan cu lanț.

Bloc mobil și fix- aceleași mecanisme străvechi simple ca pârghia. Deja în anul 212 î.Hr., cu ajutorul cârligelor și apucătorilor legați de blocuri, siracusanii au pus mâna pe mijloacele de asediu de la romani. Construcția de vehicule militare și apărarea orașului a fost condusă de Arhimede.

Bloc fix Arhimede a considerat-o ca pe o pârghie cu brațe egale.
Momentul forței care acționează pe o parte a blocului este egal cu momentul forței aplicate pe cealaltă parte a blocului. Forțele care creează aceste momente sunt și ele aceleași.
Nu există un câștig în forță, dar un astfel de bloc vă permite să schimbați direcția forței, ceea ce uneori este necesar.

Arhimede a luat blocul mobil ca o pârghie inegală, dând un câștig în forță de 2 ori. Momentele de forță acționează în raport cu centrul de rotație, care ar trebui să fie egal la echilibru.

Arhimede a studiat proprietățile mecanice ale blocului în mișcare și l-a pus în practică. Potrivit lui Athenaeus, „au fost inventate multe metode pentru a lansa nava gigantică construită de tiranul siracusan Hieron, dar mecanicul Arhimede, folosind mecanisme simple, singur a reușit să miște nava cu ajutorul câtorva oameni. Arhimede a venit cu un bloc. și prin ea a lansat o navă uriașă” .

Utilizarea unui bloc mobil oferă un câștig dublu în forță, utilizarea unui bloc fix vă permite să schimbați direcția forței aplicate. În practică, se folosesc combinații de blocuri mobile și fixe. În același timp, fiecare bloc mobil vă permite să înjumătățiți forța aplicată sau să dublați viteza de mișcare a sarcinii. Blocurile fixe sunt folosite pentru a conecta blocurile mobile într-un singur sistem. Un astfel de sistem de blocuri mobile și fixe se numește palan cu lanț.

Definiție

Palan cu lanț - un sistem de blocuri mobile și fixe conectate printr-o legătură flexibilă (frânghii, lanțuri) folosit pentru a crește forța sau viteza de ridicare a sarcinilor.

Un palan cu lanț este utilizat în cazurile în care este necesară ridicarea sau mutarea unei sarcini grele cu un efort minim, pentru a asigura tensiune etc. Cel mai simplu palan cu lanț este format dintr-un singur bloc și o frânghie, în timp ce vă permite să reduceți la jumătate forța de tragere necesară pentru a ridica sarcina.

Figura 1. Fiecare bloc mobil din palanul cu lanț oferă un câștig dublu în rezistență sau viteză

De obicei, palanele cu lanț sunt utilizate în mecanismele de ridicare, care permit reducerea tensiunii cablului, a momentului din greutatea sarcinii pe tambur și a raportului de transmisie al mecanismului (palcane, trolii). Palanele cu lanț de mare viteză, care fac posibilă obținerea unui câștig în viteza de deplasare a sarcinii la viteze mici ale elementului de antrenare, sunt utilizate mult mai rar. Sunt utilizate la palanele hidraulice sau pneumatice, stivuitoarele, mecanismele telescopice de extensie a brațului macaralelor.

Principala caracteristică a palanului cu lanț este multiplicitatea. Acesta este raportul dintre numărul de ramuri ale corpului flexibil, pe care este suspendată sarcina, și numărul de ramuri înfășurate pe tambur (pentru palanele cu lanț), sau raportul dintre viteza capătului de conducere al flexibilului. caroserie la cel antrenat (pentru palanele cu lanț de mare viteză). Relativ vorbind, multiplicitatea este un câștig de putere sau viteză calculat teoretic atunci când se folosește un palan cu lanț. Modificarea multiplicității palanului cu lanț are loc prin introducerea sau îndepărtarea blocurilor suplimentare din sistem, în timp ce capătul cablului, cu o multiplicitate pară, este atașat de un element structural fix, iar cu o multiplicitate impară, pe o clemă cu cârlig. .

Figura 2. Fixarea cablului cu multiplicitatea pară și impară a palanului cu lanț

Câștigul de rezistență la utilizarea unui bloc de scripete cu $n$ blocuri mobile și $n$ fixe este determinat de formula: $P=2Fn$, unde $P$ este greutatea sarcinii, $F$ este forța aplicată la intrarea blocului scripete, $n$ - numărul de blocuri în mișcare.

În funcție de numărul de ramuri ale cablului atașat de tamburul mecanismului de ridicare, se pot distinge palanele cu lanț simplu (simple) și duble. La palanele cu un singur lanț, la înfășurarea sau înfășurarea unui element flexibil datorită mișcării sale de-a lungul axei tamburului, se creează o modificare nedorită a sarcinii pe suporturile tamburului. De asemenea, în absența blocurilor libere în sistem (coarda de la blocul cârlig merge direct la tambur), sarcina se mișcă nu numai pe verticală, ci și pe orizontală.

Figura 3. Palan cu lanț simplu și dublu

Pentru a asigura o ridicare strict verticală a sarcinii se folosesc palanuri cu lanț dublu (formate din două simple), în acest caz ambele capete ale cablului sunt fixate pe tambur. Pentru a asigura poziția normală a suspensiei cârligului cu întinderea neuniformă a elementului flexibil al ambelor palanuri cu lanț, se utilizează un echilibrator sau blocuri de nivelare.

Figura 4. Modalități de asigurare a verticalității ridicării sarcinii

Palanele cu lanț de mare viteză diferă de cele cu putere prin aceea că forța de lucru, dezvoltată de obicei de un cilindru hidraulic sau pneumatic, este aplicată unei cuști mobile, iar sarcina este suspendată de capătul liber al unei frânghii sau al lanțului. Câștigul de viteză la utilizarea unui astfel de palan cu lanț se obține ca urmare a creșterii înălțimii sarcinii.

La utilizarea palanelor cu lanț, trebuie avut în vedere faptul că elementele utilizate în sistem nu sunt corpuri absolut flexibile, ci au o anumită rigiditate, astfel încât ramura care se apropie nu cade imediat în fluxul blocului, iar ramura care evadează. nu îndreptați imediat. Acest lucru este cel mai vizibil atunci când folosiți frânghii de oțel.

Întrebare: de ce macaralele de construcție au un cârlig care poartă sarcina, nu fixat la capătul cablului, ci pe suportul blocului mobil?

Răspuns: pentru a asigura verticalitatea ridicării încărcăturii.

Figura 5 prezintă un palan cu lanț cu putere, în care există mai multe blocuri mobile, iar blocul fix este doar unul. Determinați câtă greutate poate fi ridicată prin aplicarea unei forțe $F$ = 200 N blocului fix?

Figura 5

Fiecare dintre blocurile mobile ale blocului lanțului de putere dublează forța aplicată. Greutatea care poate fi ridicată de un bloc de scripete de gradul al treilea (fără a lua în considerare corecțiile pentru forțele de frecare și rigiditatea cablului) este determinată de formula:

Răspuns: palanul cu lanț poate ridica o sarcină cu o greutate de 800 N.

Blocurile sunt clasificate ca mecanisme simple. Pe lângă blocuri, grupul acestor dispozitive, care servesc la convertirea forțelor, include o pârghie, un plan înclinat.

DEFINIȚIE

bloc- un corp rigid care are capacitatea de a se roti în jurul unei axe fixe.

Blocurile sunt realizate sub formă de discuri (roți, cilindri joase etc.) cu o canelură prin care se trece o frânghie (tors, funie, lanț).

Un bloc se numește fix, cu o axă fixă ​​(Fig. 1). Nu se mișcă la ridicarea unei sarcini. Un bloc fix poate fi considerat ca o pârghie care are un efect de pârghie egal.

Condiția de echilibru pentru un bloc este condiția de echilibru pentru momentele forțelor aplicate acestuia:

Blocul din fig. 1 va fi în echilibru dacă forțele de tensiune ale firelor sunt egale:

întrucât umerii acestor forţe sunt aceiaşi (OA = OB). Un bloc fix nu oferă un câștig în forță, dar vă permite să schimbați direcția forței. A trage de o frânghie care vine de sus este adesea mai confortabil decât a trage de o frânghie care vine de jos.

Dacă masa încărcăturii legate de unul dintre capetele cablului aruncat peste blocul fix este egală cu m, atunci pentru a o ridica trebuie aplicată o forță F la celălalt capăt al cablului, egală cu:

cu condiția să nu ținem cont de forța de frecare din bloc. Dacă este necesar să se țină cont de frecarea în bloc, atunci se introduce coeficientul de rezistență (k), atunci:

Un suport fix neted poate servi ca înlocuitor pentru bloc. Printr-un astfel de suport se aruncă o frânghie (frânghie), care alunecă de-a lungul suportului, dar forța de frecare crește.

Blocul fix nu dă un câștig în muncă. Căile care trec prin punctele de aplicare a forțelor sunt aceleași, forțele sunt egale, prin urmare, munca este egală.

Pentru a obține un câștig în forță, folosind blocuri fixe, se folosește o combinație de blocuri, de exemplu, un bloc dublu. Când blocurile trebuie să aibă diametre diferite. Sunt conectate fix între ele și montate pe o singură axă. La fiecare bloc este atașată o frânghie, astfel încât să poată fi înfășurată pe sau în afara blocului fără a aluneca. Umeri de forțe în acest caz vor fi inegale. Blocul dublu acționează ca o pârghie cu brațe de diferite lungimi. Figura 2 prezintă o diagramă a unui bloc dublu.

Condiția de echilibru pentru pârghia din Fig. 2 va deveni formula:

Blocul dublu poate transforma forța. Aplicând o forță mai mică unei frânghii înfășurate în jurul unui bloc cu rază mare, se obține o forță care acționează din partea laterală a frânghiei înfășurate pe un bloc cu rază mai mică.

Un bloc mobil este un bloc a cărui axă se mișcă împreună cu sarcina. Pe fig. 2 blocul mobil poate fi considerat ca o pârghie cu brațe de diferite dimensiuni. În acest caz, punctul O este punctul de sprijin al pârghiei. OA - puterea umerilor; OB - umărul forței. Luați în considerare fig. 3. Brațul forței este de două ori mai mare decât brațul forței, prin urmare, pentru echilibru este necesar ca mărimea forței F să fie jumătate cât modulul forței P:

Se poate concluziona că, cu ajutorul unui bloc mobil, obținem un câștig dublu în forță. Condiția de echilibru a blocului în mișcare fără a lua în considerare forța de frecare poate fi scrisă astfel:

Dacă încercăm să luăm în considerare forța de frecare în bloc, atunci introducem coeficientul de rezistență al blocului (k) și obținem:

Uneori se folosește o combinație între un bloc mobil și un bloc fix. În această combinație, un bloc fix este utilizat pentru comoditate. Nu oferă un câștig în forță, dar vă permite să schimbați direcția forței. Blocul mobil este folosit pentru a modifica mărimea forței aplicate. Dacă capetele frânghiei care înconjoară blocul formează aceleași unghiuri cu orizontul, atunci raportul dintre forța care acționează asupra sarcinii și greutatea corpului este egal cu raportul dintre raza blocului și coarda arcului. pe care frânghia acoperă. În cazul cablurilor paralele, forța necesară pentru ridicarea sarcinii va fi necesară de două ori mai mică decât greutatea încărcăturii care se ridică.

Regula de aur a mecanicii

Mecanismele simple de câștig în muncă nu dau. Cât de mult câștigăm în forță, de câte ori pierdem în distanță. Deoarece munca este egală cu produsul scalar al forței și deplasării, prin urmare, nu se va modifica atunci când se utilizează blocuri mobile (precum și fixe).

Sub forma unei formule „regula de aur” poate fi scrisă după cum urmează:

unde - calea care trece de punctul de aplicare a forței - calea parcursă de punctul de aplicare a forței.

Regula de aur este cea mai simplă formulare a legii conservării energiei. Această regulă se aplică cazurilor de mișcare uniformă sau aproape uniformă a mecanismelor. Distanțele de translație ale capetelor cablurilor sunt legate de razele blocurilor ( și ) ca:

Obținem că pentru a îndeplini „regula de aur” pentru un bloc dublu, este necesar ca:

Dacă forțele și sunt echilibrate, atunci blocul este în repaus sau se mișcă uniform.

Exemple de rezolvare a problemelor

EXEMPLUL 1

EXEMPLUL 2

bloc este un dispozitiv sub formă de roată cu o canelură prin care se trece o frânghie, un cablu sau un lanț. Există două tipuri principale de blocuri - mobile și fixe. La blocul fix, axa este fixă ​​și nu se ridică sau coboară la ridicarea sarcinilor (Fig. 54), în timp ce la blocul mobil, axa se deplasează odată cu sarcina (Fig. 55).

Un bloc fix nu dă un câștig în forță. Este folosit pentru a schimba direcția unei forțe. Deci, de exemplu, aplicând o forță în jos unei frânghii aruncate peste un astfel de bloc, facem ca sarcina să se ridice (vezi Fig. 54). Situația este diferită cu blocul în mișcare. Acest bloc permite unei forțe mici să echilibreze o forță de 2 ori mai mare. Pentru a demonstra acest lucru, să ne întoarcem la Figura 56. Aplicând o forță F, căutăm să rotim blocul în jurul unei axe care trece prin punctul O. Momentul acestei forțe este egal cu produsul lui Fl, unde l este brațul forței F, egal cu diametrul blocului OB. În același timp, sarcina atașată blocului cu greutatea sa P creează un moment egal cu, unde este umărul forței P, egal cu raza blocului OA. Conform regulii momentului (21.2)

Q.E.D.

Din formula (22.2) rezultă că P/F = 2. Aceasta înseamnă că câștigul, în forță, obținut cu ajutorul unui bloc mobil este de 2. Experiența prezentată în Figura 57 confirmă această concluzie.

În practică, se folosește adesea o combinație a unui bloc mobil cu unul fix (Fig. 58). Acest lucru vă permite să schimbați direcția acțiunii forței cu un câștig dublu simultan de forță.

Pentru a obține un câștig mai mare în forță, se folosește un mecanism de ridicare, numit palan cu lanț. Cuvântul grecesc „polispast” este format din două rădăcini: „poli” - mult și „spao” - trag, astfel încât în ​​general să iasă „multi-împingere”.

Palanul cu lanț este o combinație de două cleme, dintre care unul este format din trei blocuri fixe, iar celălalt din trei blocuri mobile (Fig. 59). Deoarece fiecare dintre blocurile în mișcare dublează forța de tracțiune, în general, palanul cu lanț oferă un câștig de șase ori în rezistență.

1. Ce două tipuri de blocuri cunoașteți? 2. Care este diferența dintre un bloc mobil și un bloc fix? 3. În ce scop este folosit un bloc fix? 4. Pentru ce este folosit blocul mobil? 5. Ce este un palan cu lanț? Ce câștig de putere oferă?

Descriere bibliografica: Shumeiko A. V., Vetashenko O. G. O viziune modernă a mecanismului simplu „bloc” studiat din manualele de fizică pentru clasa a VII-a // Tânăr om de știință. - 2016. - Nr. 2. — S. 106-113..07.2019).

Manualele de fizică pentru clasa a 7-a, atunci când studiază un mecanism de bloc simplu, interpretează obținerea unui câștig în moduri diferite. forta la ridicarea unei sarcini folosind acest mecanism, de exemplu: manualul lui Peryshkin DAR. B. câștigă în puterea atinsă cu folosind roata blocului, asupra căreia acționează forțele pârghiei și în manualul lui Gendenstein L. E. acelaşi câştig se obţine cu folosind o frânghie, care este supusă tensiunii frânghiei. Diferite manuale, diferite materii și forte diferite - pentru a câștiga forta la ridicarea unei sarcini. Prin urmare, scopul acestui articol este de a căuta obiecte și putere, cu prin care se realizează câștiguri în forță, la ridicarea unei sarcini cu un mecanism de blocare simplu.

Cuvinte cheie:

În primul rând, să facem cunoștință și să comparăm modul în care obțin un câștig în forță, la ridicarea unei sarcini cu un mecanism de bloc simplu, în manualele de fizică pentru clasa a VII-a, pentru aceasta vom plasa fragmente din textele manualelor, cu aceleași concepte, pt. claritate, vom plasa în tabel.

Să rezumam cunoașterea și compararea textelor și figurilor din manuale:

Dovada obținerii unui câștig în forță în manualul lui A. V. Peryshkin este efectuată pe roata blocului, iar forța care acționează este forța pârghiei; la ridicarea unei sarcini, un bloc fix nu dă un câștig de forță, iar un bloc mobil oferă un câștig de putere de 2 ori. Nu se menționează un cablu de care o sarcină atârnă de un bloc fix și un bloc mobil cu o sarcină.

Pe de altă parte, în manualul lui L. E. Gendenshtein, dovada unui câștig în forță este efectuată pe un cablu de care atârnă o sarcină sau un bloc mobil cu o sarcină, iar forța care acționează este forța de tensionare a cablului; la ridicarea unei sarcini, un bloc fix poate oferi un câștig de 2 ori în rezistență și nu există nicio mențiune despre o pârghie pe roata blocului în text.

O căutare a literaturii care descrie obținerea unui câștig în forță cu un bloc și un cablu a condus la „Manualul elementar de fizică” editat de academicianul G. S. Landsberg, în §84. Mașinile simple la paginile 168-175 sunt descrieri de: „scripeți simplu, scripete dublu, poartă, palan cu lanț și scripete diferențial”. Într-adevăr, prin designul său, „un bloc dublu oferă un câștig de rezistență, la ridicarea unei sarcini, datorită diferenței de lungime a razelor blocurilor”, cu ajutorul căruia se ridică sarcina, și „un lanț palan - dă un câștig de rezistență, la ridicarea unei sarcini, datorită frânghiei , pe mai multe părți din care, o sarcină atârnă. Astfel, s-a putut afla de ce dau un câștig de rezistență, la ridicarea unei sarcini, separat un bloc și un cablu (frânghie), dar nu a fost posibil să se afle modul în care blocul și cablul interacționează între ele și se transferă. greutatea sarcinii unul față de celălalt, deoarece sarcina poate fi suspendată pe un cablu, iar cablul este aruncat peste bloc sau sarcina poate atârna pe bloc, iar blocul atârnă pe cablu. S-a dovedit că forța de întindere a cablului este constantă și acționează pe toată lungimea cablului, astfel încât transferul greutății sarcinii de către cablu către bloc va fi în fiecare punct de contact dintre cablu și bloc. , precum și transferul greutății sarcinii suspendate pe bloc pe cablu. Pentru a clarifica interacțiunea blocului cu cablul, vom efectua experimente privind obținerea unui câștig în forță de către un bloc mobil, la ridicarea unei sarcini, folosind echipamentele unei clase de fizică școlare: dinamometre, blocuri de laborator și un set de sarcini în 1N (102 g). Să începem experimentele cu un bloc mobil, deoarece avem trei versiuni diferite de a obține un câștig în putere prin acest bloc. Prima versiune este „Fig.180. Un bloc mobil ca pârghie cu umeri inegale "- manualul lui A. V. Peryshkin, al doilea" Fig. 24.5 ... două forțe identice de tensionare a cablurilor F "- conform manualului lui L. E. Gendenstein și în cele din urmă a treia" Fig. 145. Polyspast " . Ridicarea unei sarcini cu o clemă mobilă a unui palan cu lanț pe mai multe părți ale unei frânghii - conform manualului de Landsberg G.S.

Experienta numarul 1. "Fig.183"

Pentru a efectua experimentul nr. 1, obținerea unui câștig în forță pe blocul mobil „pârghia cu umeri inegale OAB fig. 180” conform manualului de AV Peryshkin, pe blocul mobil „fig. 183” poziția 1, trageți o pârghie cu umerii inegale OAB, ca în „Fig. 180”, și începeți să ridicați sarcina din poziția 1 în poziția 2. În același moment, blocul începe să se rotească, în sens invers acelor de ceasornic, în jurul axei sale în punctul A și punctul B - capătul a pârghiei, dincolo de care are loc ridicarea, trece dincolo de semicercul de-a lungul căruia cablul înconjoară blocul mobil de jos. Punctul O - punctul de sprijin al pârghiei, care ar trebui să fie fixat, coboară, vezi "Fig. 183" - poziția 2, adică o pârghie cu brațe inegale OAB se schimbă ca o pârghie cu brațe egale (punctele O și B trec pe aceleași căi ).

Pe baza datelor obținute în experimentul nr. 1 privind modificările poziției pârghiei OAB pe blocul mobil la ridicarea sarcinii din poziția 1 în poziția 2, putem concluziona că reprezentarea blocului mobil ca o pârghie cu brațe inegale. în „Fig. 180”, la ridicarea sarcinii, cu rotirea blocului în jurul axei sale, corespunde unei pârghii cu brațe egale, care nu dă un câștig de forță la ridicarea sarcinii.

Să începem experimentul nr. 2 prin atașarea unor dinamometre la capetele cablului, de care vom atârna un bloc mobil cu o sarcină de 102 g, ceea ce corespunde unei forțe gravitaționale de 1 N. Vom fixa unul dintre capetele cablului. cablu pe o suspensie, iar pentru al doilea capăt al cablului vom ridica sarcina pe blocul mobil. Înainte de ridicare, citirile ambelor dinamometre de 0,5 N fiecare, la începutul ridicării, citirile dinamometrului, pentru care are loc ridicarea, s-au schimbat la 0,6 N și au rămas astfel în timpul ridicării, la sfârșitul ridicării. ridicând, citirile au revenit la 0,5 N. Citirile dinamometrului, fixate pentru o suspensie fixă ​​nu s-au modificat în timpul ascensiunii și au rămas egale cu 0,5 N. Să analizăm rezultatele experimentului:

1. Înainte de ridicare, când o sarcină de 1 N (102 g) atârnă de un bloc mobil, greutatea încărcăturii este distribuită pe întreaga roată și transferată pe cablu, care ocolește blocul de jos, cu întregul semicerc al roată.
2. Înainte de ridicare, citirile ambelor dinamometre sunt de 0,5 N fiecare, ceea ce indică distribuția greutății sarcinii de 1 N (102 g) pe două părți ale cablului (înainte și după bloc) sau că tensiunea cablului. forța este de 0,5 N și este aceeași pe toată lungimea cablului (care este la început, același lucru este la sfârșitul cablului) - ambele afirmații sunt adevărate.

Să comparăm analiza experimentului nr. 2 cu versiunile manualelor despre obținerea unui câștig în forță de 2 ori cu un bloc în mișcare. Să începem cu afirmația din manualul lui Gendenstein L.E. „... că trei forțe sunt aplicate blocului: greutatea sarcinii P, îndreptată în jos și două forțe identice de tensionare a cablului îndreptate în sus (Fig. 24.5)”. Ar fi mai corect să spunem că greutatea încărcăturii din „Fig. 14,5" a fost distribuit în două părți ale cablului, înainte și după bloc, deoarece forța de tensionare a cablului este una. Rămâne să analizăm semnătura din „Fig. 181” din manualul de A. V. Peryshkin „O combinație de blocuri mobile și fixe - un palan cu lanț”. O descriere a dispozitivului și obținerea unui câștig în forță, la ridicarea unei sarcini, cu un palan cu lanț este dată în Manualul elementar de fizică, ed. Lansberg GS unde se spune: „Fiecare bucată de frânghie dintre blocuri va acționa asupra unei sarcini în mișcare cu o forță T, iar toate bucățile de frânghie vor acționa cu o forță nT, unde n este numărul de secțiuni individuale ale frânghiei. care conectează ambele părți ale blocului.” Se dovedește că, dacă la „Fig. 181” aplicăm câștigul de rezistență prin „coarda care leagă ambele părți” palanului cu lanț din Manualul elementar de fizică de G. Landsberg, atunci descrierea câștigului de rezistență de către bloc mobil din „Fig. 179 și, în consecință, Fig. 180” ar fi o eroare.

După analiza a patru manuale de fizică, putem concluziona că descrierea existentă a obținerii unui câștig în forță printr-un mecanism de bloc simplu nu corespunde cu starea reală a lucrurilor și, prin urmare, necesită o nouă descriere a funcționării unui mecanism de bloc simplu.

Mecanism simplu de ridicare constă dintr-un bloc și un cablu (frânghie sau lanț).

Blocurile acestui mecanism de ridicare sunt împărțite în:

prin proiectare în simplu și complex;

după metoda de ridicare a sarcinii pe mobil și staționar.

Să începem cunoștințele noastre cu construcția de blocuri cu bloc simplu, care este o roată care se rotește în jurul axei sale, cu o canelură în jurul circumferinței pentru un cablu (frânghie, lanț) Fig. 1 și poate fi considerată ca o pârghie cu brațe egale, în care brațele de forță sunt egale cu raza a roții: OA \u003d OB \u003d r. Un astfel de bloc nu oferă un câștig de rezistență, dar vă permite să schimbați direcția de mișcare a cablului (frânghie, lanț).

bloc dublu constă din două blocuri cu raze diferite, fixate rigid împreună și montate pe o axă comună Fig.2. Razele blocurilor r1 și r2 sunt diferite și la ridicarea sarcinii acestea acționează ca o pârghie cu brațe inegale, iar câștigul de rezistență va fi egal cu raportul dintre lungimile razelor unui bloc cu diametru mai mare și un bloc cu un diametru mai mic F = Р·r1/r2.

Poartă constă dintr-un cilindru (tambur) și un mâner atașat acestuia, care acționează ca un bloc de diametru mare.Câștigul de rezistență dat de guler este determinat de raportul dintre raza cercului R descris de mâner și raza. a cilindrului r, pe care este înfășurată funia F = Р r / R.

Să trecem la metoda de ridicare a sarcinii în blocuri. Din descrierea proiectului, toate blocurile au o axă în jurul căreia se rotesc. Dacă axa blocului este fixă ​​și nu se ridică sau scade la ridicarea sarcinilor, atunci un astfel de bloc se numește bloc fix, bloc simplu, bloc dublu, poarta.

La bloc de rulare axul se ridică şi coboară împreună cu sarcina (Fig. 10) şi se urmăreşte în principal eliminarea îndoirii cablului la locul de suspendare a sarcinii.

Să facem cunoștință cu dispozitivul și metoda de ridicare a sarcinii.A doua parte a unui mecanism simplu de ridicare este un cablu, o frânghie sau un lanț. Cablul este realizat din fire de oțel, frânghia este din fire sau șuvițe, iar lanțul este format din zale legate între ele.

Modalități de suspendare a sarcinii și de obținere a unui câștig de rezistență, la ridicarea sarcinii, cu un cablu:

Pe fig. 4, sarcina este fixată la un capăt al cablului, iar dacă ridicați sarcina la celălalt capăt al cablului, atunci pentru a ridica această sarcină va fi necesară o forță puțin mai mare decât greutatea sarcinii, deoarece o simplă blocul de câștig în forță nu dă F = P.

În Fig. 5, sarcina este ridicată de către lucrătorul însuși prin cablu, care ocolește un simplu bloc de sus, la un capăt al primei părți a cablului se află un scaun pe care se așează muncitorul, iar la al doilea. parte a cablului muncitorul se ridică cu o forță de 2 ori mai mică decât greutatea sa, deoarece greutatea lucrătorului a fost distribuită în două părți ale cablului, prima - de la scaun la bloc, iar a doua - din bloc în mâinile lucrătorului F \u003d P / 2.

În Fig. 6, sarcina este ridicată de doi muncitori pentru două cabluri și greutatea sarcinii este distribuită egal între cabluri și, prin urmare, fiecare muncitor va ridica sarcina cu forța de jumătate din greutatea sarcinii F = P / 2 .

În Fig. 7, muncitorii ridică o sarcină care atârnă de două părți ale unui cablu, iar greutatea sarcinii este distribuită în mod egal între părțile acestui cablu (ca între două cabluri) și fiecare muncitor va ridica sarcina cu o forță egală cu jumătate din greutatea sarcinii F = P / 2.

În Fig. 8, capătul cablului, pentru care unul dintre muncitori a ridicat sarcina, a fost fixat pe o suspensie fixă, iar greutatea încărcăturii a fost distribuită în două părți ale cablului, iar când muncitorul ridică sarcina de al doilea capăt al cablului, forța cu care muncitorul va ridica sarcina se dublează mai puțin decât greutatea sarcinii F = P / 2 și ridicarea sarcinii va fi de 2 ori mai lentă.

În Fig. 9, sarcina atârnă de 3 părți ale unui cablu, un capăt al căruia este fix, iar câștigul de rezistență, la ridicarea sarcinii, va fi egal cu 3, deoarece greutatea sarcinii va fi distribuită în trei părți. a cablului F = P / 3.

Pentru a elimina inflexia și a reduce forța de frecare, un bloc simplu este instalat la locul de suspendare a sarcinii și forța necesară pentru ridicarea sarcinii nu s-a schimbat, deoarece un bloc simplu nu dă un câștig de rezistență Fig. 10 și Fig. 11, iar blocul în sine va fi numit bloc în mișcare, deoarece axa acestui bloc se ridică și coboară odată cu sarcina.

Teoretic, sarcina poate fi atârnată pe un număr nelimitat de părți ale unui cablu, dar în practică acestea sunt limitate la șase părți și un astfel de mecanism de ridicare se numește palan cu lanț, care constă dintr-o clemă fixă ​​și mobilă cu blocuri simple, care sunt îndoite alternativ printr-un cablu, fixate la un capăt de o clemă fixă, iar sarcina este ridicată de cel de-al doilea capăt al cablului. Câștigul de rezistență depinde de numărul de părți ale frânghiei dintre clemele fixe și mobile, de regulă este de 6 părți de frânghie, iar câștigul de rezistență este de 6 ori.

Articolul ia în considerare interacțiunile din viața reală dintre blocuri și cablu la ridicarea sarcinii. Practica existentă în determinarea faptului că „un bloc fix nu dă un câștig de rezistență, iar un bloc mobil dă un câștig de rezistență de 2 ori” a interpretat eronat interacțiunea unui cablu și a unui bloc într-un mecanism de ridicare și nu a reflectat întreagă varietate de modele de blocuri, ceea ce a condus la dezvoltarea unor idei eronate unilaterale despre bloc. În comparație cu volumele existente de material pentru studierea unui mecanism simplu de blocare, volumul articolului a crescut de 2 ori, dar acest lucru a făcut posibilă explicarea clară și inteligibilă a proceselor care au loc într-un mecanism simplu de ridicare nu numai studenților, ci și către profesori.

Literatură:

1. Peryshkin, A. V. Fizica, clasa a VII-a: manual / A. V. Peryshkin. - Ed. a III-a, add. - M .: Bustard, 2014, - 224 s,: ill. ISBN 978-5-358-14436-1. § 61. Aplicarea regulii echilibrului pârghiei la bloc, pp. 181–183.
2. Gendenstein, L. E. Fizica. clasa a 7-a. La ora 14:00 Partea 1. Manual pentru instituțiile de învățământ / L. E. Gendenshten, A. B. Kaydalov, V. B. Kozhevnikov; ed. V. A. Orlova, I. I. Roizen.- ed. a II-a, corectat. - M.: Mnemosyne, 2010.-254 p.: ill. ISBN 978-5-346-01453-9. § 24. Mecanisme simple, p. 188–196.
3. Manual elementar de fizică, editat de academicianul G. S. Landsberg Volumul 1. Mecanică. Căldură. Fizica moleculară.- Ed. a X-a - M.: Nauka, 1985. § 84. Maşini simple, p. 168–175.
4. Gromov, S. V. Fizica: Proc. pentru 7 celule. educatie generala instituţii / S. V. Gromov, N. A. Rodina.- ed. a III-a. - M.: Iluminismul, 2001.-158 s,: ill. ISBN-5-09-010349-6. §22. Block, pp. 55-57.

Cuvinte cheie: bloc, bloc dublu, bloc fix, bloc mobil, palan cu lanț..

Adnotare: Manuale de fizică pentru clasa a 7-a, atunci când studiază un mecanism simplu, un bloc interpretează câștigul în forță la ridicarea unei sarcini folosind acest mecanism în moduri diferite, de exemplu: în manualul lui AV Peryshkin, câștigul în forță se realizează folosind o roată bloc, care este acționată. asupra forțelor pârghiei, iar în manualul lui L. E. Gendenshtein, același câștig se obține cu ajutorul unui cablu, asupra căruia acționează forța de întindere a cablului. Diferite manuale, diferite obiecte și diferite forțe - pentru a obține un câștig de forță la ridicarea unei sarcini. Prin urmare, scopul acestui articol este de a căuta obiecte și forțe cu ajutorul cărora se obține un câștig de rezistență la ridicarea unei sarcini cu un mecanism de blocare simplu.