Bloc de formule mobil și fix. mecanisme simple

Un bloc este un fel de pârghie, este o roată cu o canelură (Fig. 1), o frânghie, cablu, frânghie sau lanț pot fi trecute prin canelură.

Fig.1. Vedere generală a blocului

Blocurile sunt împărțite în mobile și fixe.

La blocul fix, axa este fixă; la ridicarea sau coborârea sarcinii, aceasta nu se ridică sau coboară. Să notăm greutatea sarcinii pe care o ridicăm, P, forța aplicată, notăm F, punctul de sprijin - O (Fig. 2).

Fig.2. Bloc fix

Brațul forței P va fi segmentul OA (brațul forței l 1), braț de forță F segment OB (braț de forță l 2) (Fig. 3). Aceste segmente sunt razele roții, apoi umerii sunt egali cu raza. Dacă umerii sunt egali, atunci greutatea încărcăturii și forța pe care o aplicăm ridicării sunt egale numeric.

Fig.3. Bloc fix

Un astfel de bloc nu dă un câștig de rezistență.Din aceasta putem concluziona că este recomandabil să folosiți un bloc fix pentru ușurință de ridicare, este mai ușor să ridicați sarcina în sus folosind o forță în jos.

Un dispozitiv în care axa poate fi ridicată și coborâtă împreună cu sarcina. Acțiunea este similară cu acțiunea unei pârghii (Fig. 4).

Orez. 4. Bloc mobil

Pentru ca acest bloc să funcționeze, un capăt al frânghiei este fixat, aplicăm forța F la cel de-al doilea capăt pentru a ridica o sarcină de greutate P, sarcina este atașată la punctul A. Punctul de sprijin în timpul rotației va fi punctul O, deoarece la fiecare momentul mișcării blocul se întoarce și punctul O servește drept punct de sprijin (Fig.5).

Orez. 5. Bloc de mișcare

Valoarea umărului forței F este de două raze.

Valoarea umărului forței P este o rază.

Brațele forțelor diferă cu un factor de doi, conform regulii echilibrului pârghiei, forțele diferă cu un factor de doi. Forța necesară pentru ridicarea unei sarcini cu greutatea P va fi jumătate din greutatea sarcinii. Blocul mobil oferă avantajul de rezistență de două ori.

În practică, combinațiile de blocuri sunt folosite pentru a schimba direcția forței aplicate pentru ridicare și pentru a o reduce la jumătate (Fig. 6).

Orez. 6. Combinație de blocuri mobile și fixe

La lecție, ne-am familiarizat cu dispozitivul unui bloc fix și mobil, demontat, că blocurile sunt varietăți de pârghii. Pentru a rezolva problemele pe această temă, este necesar să ne amintim regula echilibrului pârghiei: raportul forțelor este invers proporțional cu raportul umerilor acestor forțe.

1. Lukashik V.I., Ivanova E.V. Culegere de sarcini la fizică pentru clasele 7-9 ale instituțiilor de învățământ. - Ed. a XVII-a. - M.: Iluminismul, 2004.
2. Peryshkin A.V. Fizică. 7 celule - Ed. a XIV-a, stereotip. - M.: Dropia, 2010.
3. Peryshkin A.V. Culegere de probleme de fizică, clasele 7-9: ed. a V-a, stereotip. - M: Editura Exam, 2010.

1. Class-fizika.narod.ru ().
2. School.xvatit.com().
3. scienceland.info().

Teme pentru acasă

1. Aflați singur ce este un palan cu lanț și ce fel de câștig în forță oferă acesta.
2. Unde sunt folosite blocurile fixe și mobile în viața de zi cu zi?
3. Cât de ușor este să urci: urcați pe o frânghie sau urcați cu un bloc fix?

Subiecte ale codificatorului USE: mecanisme simple, eficiență a mecanismului.

Mecanism - acesta este un dispozitiv pentru transformarea forței (creșterea sau scăderea acesteia).
mecanisme simple este o pârghie și un plan înclinat.

Maneta.

Maneta este un corp rigid care se poate roti în jurul unei axe fixe. Pe fig. 1) prezintă o pârghie cu o axă de rotație. Forțe și sunt aplicate la capetele pârghiei (puncte și ). Umerii acestor forțe sunt egali, respectiv, .

Condiția de echilibru pentru pârghie este dată de regula momentului: , de unde

Orez. 1. Pârghie

Din acest raport rezultă că pârghia dă un câștig în forță sau în distanță (în funcție de scopul în care este folosit) de câte ori brațul mai mare este mai lung decât cel mai mic.

De exemplu, pentru a ridica o sarcină de 700 N cu o forță de 100 N, trebuie să luați o pârghie cu un raport de braț de 7: 1 și să puneți sarcina pe un braț scurt. Vom câștiga în forță de 7 ori, dar vom pierde cu aceeași cantitate la distanță: capătul brațului lung va descrie un arc de 7 ori mai mare decât capătul brațului scurt (adică sarcina).

Exemple de pârghie care oferă un câștig în forță sunt o lopată, foarfecele, cleștii. Vâsla canotajului este o pârghie care dă un câștig în distanță. Iar cântarele convenționale sunt o pârghie cu brațe egale care nu oferă un câștig nici în distanță, nici în forță (altfel pot fi folosite pentru a cântări cumpărătorii).

Bloc fix.

Un tip important de pârghie este bloc - o roată fixată într-o cușcă cu o canelură prin care se trece o frânghie. În majoritatea problemelor, frânghia este considerată a fi un fir inextensibil fără greutate.

Pe fig. 2 prezintă un bloc fix, adică un bloc cu o axă fixă ​​de rotație (trece perpendicular pe planul figurii prin punct).

La capătul din dreapta al firului, o greutate este fixată într-un punct. Amintiți-vă că greutatea corpului este forța cu care corpul apasă pe suport sau întinde suspensia. În acest caz, greutatea este aplicată până la punctul în care greutatea este atașată de fir.

Se aplică o forță la capătul stâng al firului într-un punct.

Umărul forței este , unde este raza blocului. Brațul de greutate este egal cu . Aceasta înseamnă că blocul fix este o pârghie cu brațe egale și, prin urmare, nu oferă un câștig nici în forță, nici în distanță: în primul rând, avem egalitate și, în al doilea rând, în procesul de mișcare a sarcinii și a firului, mișcarea punctul este egal cu mișcarea sarcinii.

Atunci de ce este nevoie de un bloc fix? Este util prin faptul că vă permite să schimbați direcția efortului. De obicei, un bloc fix este utilizat ca parte a unor mecanisme mai complexe.

bloc în mișcare.

Pe fig. 3 ilustrate bloc mobil, a cărui axă se deplasează odată cu sarcina. Tragem firul cu o forță care este aplicată într-un punct și îndreptată în sus. Blocul se rotește și în același timp se mișcă și în sus, ridicând o sarcină suspendată pe un fir.

La un moment dat, punctul fix este punctul , și în jurul lui blocul se rotește (ar „rula” peste punctul ). De asemenea, ei spun că axa instantanee de rotație a blocului trece prin punct (această axă este îndreptată perpendicular pe planul figurii).

Greutatea sarcinii se aplică în punctul de atașare a sarcinii la filet. Pârghia este aceeași.

Dar umărul forței cu care tragem firul se dovedește a fi de două ori mai mare: este egal cu. În consecință, condiția de echilibru pentru sarcină este egalitatea (pe care o vedem în Fig. 3: vectorul este de două ori mai scurt decât vectorul).

Prin urmare, blocul mobil oferă un câștig de putere de două ori. În același timp, însă, pierdem de două ori la distanță: pentru a ridica sarcina cu un metru, punctul va trebui mutat cu doi metri (adică să scoți doi metri de fir).

Blocul din fig. 3 are un dezavantaj: tragerea firului în sus (în spatele punctului) nu este cea mai bună idee. De acord că este mult mai convenabil să tragi firul în jos! Aici blocul fix vine în ajutor.

Pe fig. 4 prezintă un mecanism de ridicare, care este o combinație a unui bloc mobil cu unul fix. O sarcină este suspendată de blocul mobil, iar cablul este aruncat suplimentar peste blocul fix, ceea ce face posibilă tragerea cablului în jos pentru a ridica sarcina. Forța externă asupra cablului este din nou indicată de vector.

În principiu, acest dispozitiv nu este diferit de blocul în mișcare: cu ajutorul lui, obținem și un câștig dublu în forță.

Plan înclinat.

După cum știm, este mai ușor să rostogolești un butoi greu de-a lungul aleilor înclinate decât să-l ridici vertical. Podurile sunt astfel un mecanism care oferă un câștig în forță.

În mecanică, un astfel de mecanism se numește plan înclinat. Plan înclinat este o suprafață plană, plană, la un anumit unghi față de orizontală. În acest caz, ei spun pe scurt: „plan înclinat cu unghi”.

Să găsim forța care trebuie aplicată sarcinii de masă, pentru a o ridica uniform de-a lungul unui plan neted înclinat cu un unghi. Această forță, desigur, este direcționată de-a lungul planului înclinat (Fig. 5).

Să alegem axa așa cum se arată în figură. Deoarece sarcina se mișcă fără accelerare, forțele care acționează asupra ei sunt echilibrate:

Proiectăm pe axa:

Este această forță care trebuie aplicată pentru a muta sarcina în sus pe planul înclinat.

Pentru a ridica uniform aceeași sarcină pe verticală, trebuie să aplicați o forță egală cu aceasta. Se vede că din . Planul înclinat oferă într-adevăr un câștig în putere, și cu cât este mai mare, cu atât unghiul este mai mic.

Soiurile de plan înclinat utilizate pe scară largă sunt pană și șurub.

Regula de aur a mecanicii.

Un mecanism simplu poate oferi un câștig în forță sau distanță, dar nu poate oferi un câștig în muncă.

De exemplu, o pârghie cu un raport de pârghie de 2:1 oferă un câștig de putere de două ori. Pentru a ridica o sarcină cu o greutate pe brațul mai mic, trebuie să aplicați forță pe brațul mai mare. Dar pentru a ridica sarcina la o înălțime, brațul mai mare va trebui să fie coborât la , iar munca efectuată va fi egală cu:

adică aceeași valoare ca și fără utilizarea pârghiei.

În cazul unui plan înclinat, câștigăm în forță, deoarece aplicăm o forță asupra sarcinii, care este mai mică decât forța gravitației. Cu toate acestea, pentru a ridica sarcina la o înălțime deasupra poziției inițiale, trebuie să călătorim de-a lungul unui plan înclinat. În același timp, facem treaba

adică la fel ca pentru ridicarea verticală a sarcinii.

Aceste fapte servesc ca manifestări ale așa-numitei reguli de aur a mecanicii.

Regula de aur a mecanicii. Niciunul dintre mecanismele simple nu oferă un câștig în muncă. De câte ori câștigăm în forță, de câte ori pierdem la distanță și invers.

Regula de aur a mecanicii nu este altceva decât o simplă versiune a legii conservării energiei.

eficienta mecanismului.

În practică, trebuie să distingem între munca utilă A util, care trebuie făcut cu ajutorul unui mecanism în condiții ideale de absență a oricăror pierderi și de lucru complet A deplin,
care se realizează în aceleaşi scopuri într-o situaţie reală.

Munca totală este egală cu suma:
-munca utila;
-lucrare efectuată împotriva forțelor de frecare în diferite părți ale mecanismului;
-lucrare efectuată pentru deplasarea elementelor constitutive ale mecanismului.

Deci, atunci când ridicați o sarcină cu o pârghie, în plus, trebuie să se lucreze pentru a depăși forța de frecare în axa pârghiei și pentru a deplasa pârghia în sine, care are o oarecare greutate.

Munca completă este întotdeauna mai utilă. Raportul dintre munca utilă și munca completă se numește coeficient de performanță (COP) al mecanismului:

=A util/ DAR deplin

Eficiența este de obicei exprimată ca procent. Eficiența mecanismelor reale este întotdeauna mai mică de 100%.

Să calculăm eficiența unui plan înclinat cu un unghi în prezența frecării. Coeficientul de frecare dintre suprafața planului înclinat și sarcină este .

Lăsați greutatea masei să crească uniform de-a lungul planului înclinat sub acțiunea unei forțe de la un punct la altul la o înălțime (Fig. 6). În direcția opusă mișcării, forța de frecare de alunecare acționează asupra sarcinii.

Nu există accelerație, astfel încât forțele care acționează asupra sarcinii sunt echilibrate:

Proiectare pe axa X:

. (1)

Proiectare pe axa Y:

. (2)

În afară de,

, (3)

Din (2) avem:

Apoi de la (3):

Înlocuind aceasta în (1) , obținem:

Lucrul total este egal cu produsul dintre forța F și calea parcursă de corp de-a lungul suprafeței planului înclinat:

A plin=.

Munca utilă este, evident, egală cu:

DAR util=.

Pentru eficiența dorită, obținem.

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.

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, 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 (coarda), 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, obținând un câștig în forță pe blocul mobil „pârghia cu umeri inegali OAB fig. 180” conform manualului de A. V. 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 pârghia 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, rămânând 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, atunci 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 cu un factor de 2 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 G. S. 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 forțelor 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 bloc simplu 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 pe 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 încărcăturii 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 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 actuală de a determina că „un bloc fix nu dă un câștig de rezistență, iar un bloc mobil oferă 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 VII-a, atunci când studiază un mecanism simplu, blocul interpretează câștigul în forță la ridicarea unei sarcini folosind acest mecanism în moduri diferite, de exemplu: în manualul de A. V. Peryshkin, câștigul în forță se realizează folosind blocul roată, asupra căreia se acționează forțele pârghiei, iar în manualul lui L. E. Gendenshtein, același câștig se obține cu ajutorul unui cablu, asupra căruia acționează forța de întindere a cablului. Manuale diferite, obiecte diferite și forțe diferite - pentru a obține un câștig de forță atunci când ridicați o sarcină. 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.

Cel mai adesea, mecanismele simple sunt folosite pentru a câștiga putere. Adică cu mai puțină forță pentru a muta o greutate mai mare în comparație cu aceasta. În același timp, câștigul în forță nu se realizează „gratis”. Prețul de plătit pentru aceasta este pierderea în distanță, adică este necesar să se facă o mișcare mai mare decât fără utilizarea unui mecanism simplu. Cu toate acestea, atunci când forțele sunt limitate, distanța de „schimbat” cu putere este avantajoasă.

Blocurile mobile și fixe sunt unul dintre tipurile de mecanisme simple. În plus, sunt o pârghie modificată, care este și un mecanism simplu.

Bloc fix nu dă un câștig în forță, pur și simplu schimbă direcția de aplicare. Imaginați-vă că trebuie să ridicați o sarcină grea cu o frânghie. Va trebui să-l tragi în sus. Dar dacă utilizați un bloc fix, atunci va trebui să trageți în jos, în timp ce sarcina se va ridica. În acest caz, îți va fi mai ușor, deoarece puterea necesară va fi suma forței musculare și a greutății tale. Fără utilizarea unui bloc fix, ar trebui aplicată aceeași forță, dar s-ar obține numai datorită forței musculare.

Blocul fix este o roată cu o canelură pentru frânghie. Roata este fixă, se poate roti în jurul axei sale, dar nu se poate mișca. Capetele cablului (cablului) atârnă în jos, o sarcină este atașată la unul și o forță este aplicată celuilalt. Dacă trageți cablul în jos, sarcina crește.

Deoarece nu există un câștig în putere, nu există nicio pierdere în distanță. La ce distanță se va ridica sarcina, frânghia trebuie coborâtă la aceeași distanță.

Utilizare bloc de rulare dă un câștig în forță de două ori (ideal). Aceasta înseamnă că dacă greutatea sarcinii este F, atunci pentru a o ridica trebuie aplicată o forță F / 2. Blocul mobil este format din aceeași roată cu o canelură pentru cablu. Cu toate acestea, un capăt al cablului este fixat aici, iar roata este mobilă. Roata se mișcă odată cu sarcina.

Greutatea sarcinii este forța descendentă. Este echilibrat de două forțe în sus. Unul este creat de un suport de care este atașat cablul, iar celălalt prin tragerea cablului. Tensiunea cablului este aceeași pe ambele părți, ceea ce înseamnă că greutatea sarcinii este distribuită egal între ele. Prin urmare, fiecare dintre forțe este de 2 ori mai mică decât greutatea sarcinii.

În situații reale, creșterea în forță este mai mică de 2 ori, deoarece forța de ridicare este parțial „cheltuită” pe greutatea frânghiei și a blocului, precum și a frecării.

Blocul mobil, dând aproape un câștig dublu în forță, dă o pierdere dublă în distanță. Pentru a ridica o sarcină la o anumită înălțime h, frânghiile de pe fiecare parte a blocului trebuie să scadă cu această înălțime, adică în total se obține 2h.

De obicei, se folosesc combinații de blocuri fixe și mobile - palanuri cu lanț. Ele vă permit să obțineți un câștig în putere și direcție. Cu cât sunt mai multe blocuri în mișcare în palanul cu lanț, cu atât câștigul de rezistență este mai mare.