Descrierea dispozitivului
Bloc - un mecanism simplu, care este o roată cu o canelură în jurul circumferinței pentru o frânghie sau un lanț, capabilă să se rotească liber în jurul axei sale. Cu toate acestea, o frânghie aruncată peste o creangă de copac este, de asemenea, într-o oarecare măsură un bloc.
De ce sunt necesare blocuri?
În funcție de proiectarea lor, blocurile pot permite schimbarea direcției forței aplicate (de exemplu, pentru a ridica o anumită sarcină suspendată de o frânghie aruncată peste o creangă de copac, este necesar să trageți celălalt capăt al frânghiei în jos. ... sau în lateral). În același timp, acest bloc nu va da un câștig în forță. Astfel de blocuri sunt numite nemişcat, deoarece axa de rotație a blocului este fixată rigid (desigur, dacă ramura nu se rupe). Aceste blocuri sunt folosite pentru comoditate. De exemplu, atunci când ridicați o sarcină la o înălțime, este mult mai ușor să trageți frânghia cu sarcina aruncată peste bloc
jos , aplicând greutatea corpului pe el, decât stând în vârf și trăgând o sarcină cu o frânghie spre tine.În plus, există blocuri care permit nu numai schimbarea direcției forței aplicate, dar oferă și un câștig în forță. Un astfel de bloc este numit mobilși funcționează exact invers decât blocul în mișcare.
Pentru a obține un câștig de putere, este necesar să fixați ferm un capăt al frânghiei (de exemplu, legați-l de o ramură). Apoi, pe frânghia de care este suspendată sarcina este instalată o roată cu o canelură (acest lucru trebuie făcut în așa fel încât roata cu sarcina să poată circula liber de-a lungul frânghiei noastre).
Acum, trăgând capătul liber al frânghiei în sus, vom vedea că și blocul cu sarcina a început să se ridice.Eforturile pe care va trebui să le depunem pentru a ridica sarcina în acest fel vor fi de aproximativ 2 ori mai mici decât greutatea încărcăturii împreună cu blocul. Din păcate, acest tip de bloc nu permite schimbarea direcției forței pe o gamă largă, așa că este adesea folosit împreună cu un bloc fix (fixat rigid).
Descrierea experienței
În primul rând, videoclipul demonstrează principiul de funcționare al unui bloc fix: încărcăturile de aceeași masă sunt suspendate de un bloc fixat rigid, în timp ce blocul este în echilibru. Dar nu trebuie decât să agăți o greutate în plus, de îndată ce avantajul începe în direcția mare.
În plus, folosind un sistem de blocuri mobile și fixe, încercăm să obținem o stare de echilibru prin selectarea numărului optim de greutăți suspendate de ambele părți. Ca rezultat, blocul este echilibrat atunci când numărul de greutăți suspendate de blocul mobil devine de două ori mai mare decât greutățile suspendate de capătul liber al filetului.
Astfel, se poate concluziona că blocul mobil oferă un câștig dublu în forță.
Este interesant
Știți că blocurile mobile și fixe sunt utilizate pe scară largă în mecanismele de transmisie auto? În plus, blocurile sunt folosite de constructori pentru a ridica sarcini mari și mici (bine, sau ei înșiși. De exemplu, la repararea fațadelor exterioare ale clădirilor, constructorii lucrează adesea într-un leagăn care se poate deplasa între etaje. După finalizarea lucrărilor la o podea, lucrătorii pot muta rapid leagănul cu un etaj mai sus, folosindu-se doar de forța proprie). Blocurile sunt atât de răspândite din cauza ușurinței de asamblare și a ușurinței de lucru cu ele.
A cărui axă este fixată la ridicarea sarcinilor, nu se ridică și nu coboară. Este o roată cu o canelură în jurul circumferinței, care se rotește în jurul axei sale. Jgheabul este proiectat pentru o frânghie, lanț, centură etc. Dacă axa blocului este plasată în cleme atașate de o grindă sau de perete, un astfel de bloc se numește fix (adică axa blocului este fixă); dacă o sarcină este atașată la aceste cleme, iar blocul se poate deplasa cu ele, atunci un astfel de bloc se numește mobil.
Bloc fix folosit pentru a ridica sarcini mici sau pentru a schimba direcția forței.
Condiția de echilibru a blocului:
F = f m g (\displaystyle ~F=fmg)
, UndeF (\displaystyle F)- forță externă aplicată, m (\displaystyle m)- masa încărcăturii, g (\displaystyle g)- accelerarea gravitației, f (\displaystyle f)- coeficient de rezistență în bloc (pentru lanțuri aproximativ 1,05, iar pentru frânghii - 1,1).
În absența frecării, ridicarea necesită o forță egală cu greutatea sarcinii.
Bloc mobil are o axă liberă și este concepută pentru a modifica mărimea forțelor aplicate. Dacă capetele frânghiei care se înfășoară în jurul blocului formează unghiuri egale cu orizontul, atunci forța care acționează asupra sarcinii este legată de greutatea acesteia, întrucât raza blocului este de coarda arcului înfășurat în jurul frânghiei; prin urmare, dacă cablurile sunt paralele (adică atunci când arcul înfășurat în jurul cablului este egal cu un semicerc), atunci va fi necesară o forță jumătate din greutatea sarcinii pentru a ridica sarcina, adică:
F = 1 2 f m g (\displaystyle ~F=(1 \over (2))fmg)
În acest caz, sarcina va acoperi o distanță care este jumătate din distanța parcursă de punctul de aplicare a forței F, respectiv, câștigul în rezistența blocului în mișcare este 2.
De fapt, orice bloc este o pârghie, în cazul unui bloc fix - brațe egale, în cazul unui bloc mobil - cu un raport de umeri 1 la 2. Ca și în cazul oricărei alte pârghii, regula este valabilă pentru bloc. : De câte ori câștigăm în efort, de câte ori pierdem la distanță. Cu alte cuvinte, munca efectuată la deplasarea unei sarcini pe o anumită distanță fără utilizarea unui bloc este egală cu munca cheltuită la deplasarea unei sarcini pe aceeași distanță folosind un bloc, cu condiția să nu existe frecare. Există întotdeauna o pierdere într-un bloc real.
Se folosește și un sistem format dintr-o combinație de mai multe blocuri mobile și fixe. Un astfel de sistem se numește bloc de scripete. Cel mai simplu astfel de sistem este prezentat în figură și oferă un câștig de putere de 2 ori.
Spre deosebire de scripete, blocul se rotește liber pe axă și asigură doar o schimbare a direcției de mișcare a curelei sau a frânghiei, fără a transfera forța de la ax la curea sau de la centură la axă.
În tehnologia modernă pentru transferul de mărfuri la șantierele și întreprinderile, mecanismele de ridicare sunt utilizate pe scară largă, ale căror componente indispensabile pot fi numite mecanisme 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. Sistemul de blocuri și cabluri, conceput pentru a crește capacitatea de transport, se numește palan cu lanț.
Blocul mobil și fix sunt aceleași mecanisme străvechi simple ca și 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.
Arhimede a considerat blocul fix 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” .
Blocul nu dă un câștig în muncă, confirmând regula de aur a mecanicii. Este ușor de verificat acest lucru, acordând atenție distanțelor parcurse de mână și kettlebell.
Bărcile cu pânze sportive, la fel ca bărcile cu pânze din trecut, nu se pot descurca fără blocuri atunci când pun și gestionează pânzele. Navele moderne au nevoie de blocuri pentru ridicarea semnalelor, bărci.
Această combinație de unități mobile și fixe pe o linie de cale ferată electrificată pentru a regla tensiunea firelor.
Un astfel de sistem de blocuri poate fi folosit de piloții de planor pentru a-și ridica vehiculele în aer.
Termenul „bloc” înseamnă un dispozitiv mecanic, care este o rolă, care este fixată pe o axă perpendiculară. Această rolă se poate mișca liber, sau invers - este fixată rigid. Să simplificăm definiția - dacă axa de rotație a rolei se mișcă în spațiu, atunci blocul este mobil. Rola are o canelură în care se introduce o frânghie sau un cablu. Imaginea de mai jos arată aspectul blocului.
Dacă rola este fixată, de exemplu, pe tavan, este un bloc fix. Dacă rola se mișcă odată cu sarcina, este un bloc în mișcare. Într-un sens general, singura diferență este aceasta.
Semnificația utilizării unui bloc mobil este de a câștiga forță atunci când ridicați sau mutați sarcini și corpuri fizice. Un bloc fix nu oferă un câștig, cu toate acestea, de multe ori simplifică foarte mult mișcarea corpului și este utilizat în sisteme împreună cu un bloc mobil.
Utilizarea blocurilor mobile și fixe
Sistemul de blocuri este omniprezent. Acestea sunt macarale și diverse dispozitive pentru mutarea mărfurilor în garaj și chiar curele de transmisie într-o mașină modernă. Adesea, blocul este folosit chiar și fără a înțelege clar că acesta este același mecanism.
Cu siguranță pe șantiere ați văzut roți mobile fixate la etajele superioare ale unei case în construcție. Peste o astfel de roată se aruncă o frânghie sau un lanț și muncitorul, fixând găleata la primul etaj, o ridică la etajul superior, mutând frânghia. Acesta este un exemplu simplu de utilizare a unui bloc fix. Dacă mai adăugați o roată la găleată, obțineți un sistem de blocuri - mobil și staționar.
Un alt exemplu mai rar de utilizare a unui bloc fix. Când o persoană scoate o mașină din noroi înfășurând o frânghie de remorcare în jurul unui trunchi de copac. Acest lucru se face pentru o mai mare comoditate, deoarece troliul de remorcare se va prinde cu ușurință de capătul mic al cablului înfășurat în jurul portbagajului. Nu există niciun câștig de la un astfel de bloc în sine și, deoarece arborele nu se rotește în jurul axei sale, forța de rezistență crește sarcina.
Există o mulțime de exemple de utilizare a acestor mecanisme simple în jurul nostru.
Cel mai faimos dispozitiv care funcționează pe principiul blocurilor este palanul cu lanț. Este utilizat în mod activ în mecanismele de ridicare. Sistemul de blocuri reduce forta si munca totala este redusa de 4-8 ori.
Rezolvarea problemelor cu blocurile în mișcare și fixe
În problemele de fizică, este adesea necesar să se determine ce câștig total în forță va fi obținut atunci când se utilizează blocuri. Studentului i se oferă o schemă complexă, în care mai multe blocuri de diferite tipuri sunt conectate la rând.
Cheia soluției a unor astfel de sarcini constă în capacitatea de a înțelege interacțiunea acestor dispozitive. Fiecare bloc este calculat separat și apoi adăugat la formula generală. Formula de calcul pentru întreaga sarcină este compilată conform diagramei pe care elevul a desenat-o în timp ce citește condiția.
Pentru o mai bună înțelegere a unor astfel de probleme, trebuie reținut că blocul este un fel de pârghie. Forța câștigată dă o pierdere în distanță (în cazul unui bloc în mișcare).
Formula de calcul este foarte simplă.
Pentru bloc fix F=fmg, unde F este forța, f este coeficientul de rezistență al blocului, m este masa sarcinii, g este constanta gravitațională. Cu alte cuvinte, F este forța care trebuie aplicată pentru a ridica, de exemplu, o cutie de la sol folosind un bloc fix. După cum puteți vedea, dependența este directă și nu există nici un coeficient.
Pentru mutarea blocului avem un câștig dublu în forță. Formula de calcul este F=0,5fmg, unde desemnările literelor sunt similare cu formula de mai sus. În consecință, atunci când utilizați un bloc mobil, o astfel de cutie cu o masă m va fi de două ori mai ușor de ridicat cu un bloc decât folosind doar propriul spate.
Rețineți că coeficient de rezistenta- aceasta este rezistenta care apare in bloc cand coarda se deplaseaza de-a lungul acestuia. De obicei, aceste valori sunt specificate în declarația problemei sau sunt o valoare tabelară. Uneori, în sarcinile școlare, acești coeficienți sunt complet omiși și nu sunt luați în considerare.
Mai mult, nu trebuie uitat că dacă forța este aplicată la un unghi, atunci trebuie să utilizați metoda standard pentru calcularea triunghiului de forțe. Dacă sarcina spune că o persoană trage o sarcină cu o frânghie care se află la 30 de grade față de linia orizontului, atunci acest lucru trebuie să fie luat în considerare și indicat pe diagrama de proiectare.