Mecanisme simple. Blocuri mobile și fixe

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.

Axa este fixată pe un bloc staționar; atunci când ridicați sau coborâți o sarcină, aceasta nu se ridică sau scade. Greutatea sarcinii pe care o ridicăm este notată cu P, forța aplicată este notă cu F, iar punctul de sprijin este O (Fig. 2).

Fig. 2. Bloc fix

Umărul forței P este segmentul OA (umărul forței l 1), brațul forței F este segmentul OB (brațul forței l 2) (Fig. 3). Aceste segmente sunt razele roții, apoi umerii sunt egali cu raza. Dacă umerii sunt egali, atunci greutatea sarcinii și forța pe care o aplicăm pentru a ridica 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 confortul ridicării, este mai ușor să ridicați sarcina în sus folosind o forță care este îndreptată în jos.

Un dispozitiv în care axa poate fi ridicată și coborâtă odată cu sarcina. Acțiunea este similară cu acțiunea pârghiei (fig. 4).

Orez. 4. Bloc de mișcare

Pentru funcționarea acestui bloc se fixează un capăt al frânghiei, la cel de-al doilea capăt aplicăm o forță F pentru a ridica o sarcină cu greutatea P, sarcina este atașată la punctul A. Punctul de sprijin în timpul rotației va fi punctul O, deoarece la fiecare moment al mişcării blocul se roteşte şi punctul O serveşte drept punct de sprijin (fig. 5).

Orez. 5. Bloc de mișcare

Brațul de forță F are două raze.

Valoarea brațului de forță P este o rază.

Umerii 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 vă oferă un avantaj dublu de rezistență.

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 unități mobile și fixe

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

1. Lukashik V.I., Ivanova E.V. Culegere de probleme de fizică pentru clasele 7-9 ale instituțiilor de învățământ. - Ed. a XVII-a. - M .: Educație, 2004.
2. Peryshkin A.V. Fizică. 7 cl. - 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 „Examen”, 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 de forță oferă.
2. Unde sunt folosite blocurile fixe și mobile în viața de zi cu zi?
3. Este mai ușor să urci: urcând pe o frânghie sau urcând cu un bloc fix?

Descrierea dispozitivului

Blocul este un mecanism simplu, care este o roată cu o canelură în jurul circumferinței pentru o frânghie sau un lanț, care se poate roti liber în jurul axei sale. Cu toate acestea, o frânghie aruncată peste o creangă de copac este, într-o oarecare măsură, un bloc.

De ce sunt necesare blocuri?

În funcție de designul lor, blocurile pot permite schimbarea direcției forței aplicate (de exemplu, pentru a ridica o anumită sarcină suspendată pe o frânghie aruncată peste o creangă de copac, trebuie 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). Astfel de blocuri sunt folosite pentru comoditate. De exemplu, atunci când ridicați o sarcină la o înălțime, este mult mai ușor să trageți o frânghie cu o sarcină aruncată peste bloc. mult mai jos , punând greutatea corpului pe el, decât stând deasupra și trăgând o sarcină cu o frânghie spre tine.

În plus, există blocuri care vă permit nu numai să schimbați direcția forței aplicate, dar oferă și un câștig în forță. Un astfel de bloc este numit mobilși funcționează exact opusul blocului în mișcare.

Pentru a obține un câștig de rezistență, un capăt al frânghiei trebuie să fie fixat rigid (de exemplu, legați-l de o ramură). În continuare, 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 rula liber pe frânghia noastră).Acum, trăgând capătul liber al frânghiei în sus, vom vedea că și blocul cu greutatea a început să se ridice.

Eforturile pe care va trebui să le facem 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 de forță în limite largi, prin urmare este adesea folosit în tandem cu un bloc staționar (fixat rigid).

Descrierea experienței

În primul rând, videoclipul demonstrează principiul de funcționare al unui bloc fix: sarcinile de aceeași masă sunt suspendate de un bloc fixat rigid, în timp ce blocul este în echilibru. Dar trebuie doar să atârnați o greutate în plus, iar avantajul începe imediat în partea 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, putem concluziona că blocul mobil oferă un câștig dublu de forță.

Este interesant

Știați că blocurile mobile și fixe sunt utilizate pe scară largă în mecanismele de transmisie ale mașinilor? În plus, blocurile sunt folosite de constructori pentru a ridica sarcini mari și mici (bine, sau ei înșiși. De exemplu, atunci când reparați fațadele 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-vă doar puterea proprie). Blocurile sunt atât de răspândite datorită ușurinței lor de asamblare și ușurință de utilizare.

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

Un bloc staționar nu oferă un câștig de forță. Este folosit pentru a schimba direcția forței. Deci, de exemplu, aplicând o forță în jos unei frânghii aruncate peste un astfel de bloc, forțăm sarcina să se ridice (vezi Fig. 54). Situația este diferită cu unitatea mobilă. Acest bloc permite unei forțe mici să echilibreze o forță care este de 2 ori mai mare. Pentru a demonstra acest lucru, consultați Figura 56. Aplicând forța F, încercăm să rotim blocul în jurul axei care trece prin punctul O. Momentul acestei forțe este egal cu produsul 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 momentelor (21.2)

Q.E.D.

Din formula (22.2) rezultă că P / F = 2. Aceasta înseamnă că câștigul în forță obținut cu unitatea mobilă este 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 impactului forței cu un câștig simultan de dublu în forță.

Pentru a obține un câștig mai mare în forță, un mecanism de ridicare numit scripete... Cuvântul grecesc pentru „polispast” este format din două rădăcini: „poli” - mult și „spao” - trag, așa că, în general, rezultă „mnogotyag”.

Polispastul 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 tragere, blocul total de scripete oferă un câștig de șase ori în forță.

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

Un bloc mobil diferă de unul staționar prin faptul că axa sa nu este fixă ​​și poate să se ridice și să coboare odată cu sarcina.

Figura 1. Bloc culisant

Ca și blocul staționar, blocul mobil este format din aceeași roată cu un jgheab pentru cablu. Cu toate acestea, aici un capăt al cablului este fix, iar roata este mobilă. Roata se mișcă odată cu sarcina.

După cum a remarcat Arhimede, blocul mobil este în esență o pârghie și funcționează pe același principiu, oferind un câștig în forță datorită diferenței de umeri.

Figura 2. Forțele și armele de forță în blocul mobil

Blocul mobil se mișcă odată cu sarcina, ca și cum s-ar afla pe frânghie. În acest caz, punctul de sprijin în fiecare moment de timp va fi în punctul de contact al blocului cu frânghia pe o parte, impactul încărcăturii va fi aplicat în centrul blocului, unde este atașat de ax. , iar forța de tracțiune va fi aplicată în punctul de contact cu frânghia de pe cealaltă parte a blocului. ... Adică umărul greutății corpului va fi raza blocului, iar umărul forței noastre de tracțiune va fi diametrul. Regula momentelor în acest caz va fi:

$$ mgr = F \ cdot 2r \ Săgeată la dreapta F = mg / 2 $$

Astfel, blocul mobil oferă un câștig de două ori în forță.

De obicei, în practică, se folosește o combinație a unui bloc fix cu unul mobil (Fig. 3). Blocul fix este doar pentru comoditate. Schimbă direcția de acțiune a forței, permite, de exemplu, ridicarea unei sarcini în timp ce stați pe sol, iar blocul mobil oferă un câștig de rezistență.

Figura 3. Combinație de unități fixe și mobile

Am considerat blocuri ideale, adică acelea în care nu s-a luat în considerare acțiunea forțelor de frecare. Pentru blocurile reale, este necesar să se introducă factori de corecție. Se folosesc următoarele formule:

Bloc fix

$ F = f 1/2 mg $

În aceste formule: $ F $ este forța externă aplicată (de obicei aceasta este forța mâinilor unei persoane), $ m $ este masa încărcăturii, $ g $ este coeficientul de greutate, $ f $ este coeficientul de rezistență în bloc (pentru lanțuri aproximativ 1,05, iar pentru frânghii 1,1).

Cu ajutorul unui sistem de blocuri mobile și fixe, încărcătorul ridică cutia de scule la o înălțime de $ S_1 $ = 7 m, aplicând o forță de $ F $ = 160 N. Care este greutatea cutiei și câte metri de frânghie va trebui să alegeți până când sarcina este ridicată? Ce fel de muncă va face încărcătorul ca rezultat? Comparați-l cu munca efectuată asupra încărcăturii pentru a o muta. Ignorați frecarea și masa blocului în mișcare.

$ m, S_2, A_1, A_2 $ -?

Un bloc în mișcare vă oferă câștiguri duble în forță și pierderi duble în mișcare. Un bloc staționar nu dă un câștig în forță, ci își schimbă direcția. Astfel, forța aplicată va fi jumătate din greutatea sarcinii: $ F = 1 / 2P = 1 / 2mg $, de unde găsim masa cutiei: $ m = \ frac (2F) (g) = \ frac ( 2 \ cdot 160) (9 , 8) = 32,65 \ kg $

Mișcarea sarcinii va fi jumătate din lungimea frânghiei selectate:

Munca efectuată de încărcător este egală cu produsul efortului aplicat pentru deplasarea sarcinii: $ A_2 = F \ cdot S_2 = 160 \ cdot 14 = 2240 \ J \ $.

Lucrari efectuate la marfa:

Răspuns: Greutatea cutiei este de 32,65 kg. Lungimea frânghiei selectate este de 14 m. Munca efectuată este de 2240 J și nu depinde de metoda de ridicare a sarcinii, ci doar de greutatea încărcăturii și de înălțimea de ridicare.

Problema 2

Ce greutate puteți ridica cu un bloc mobil de 20 N dacă trageți de frânghie cu o forță de 154 N?

Să notăm regula momentelor pentru blocul mobil: $ F = f 1/2 (P + P_B) $, unde $ f $ este factorul de corecție pentru frânghie.

Atunci $ P = 2 \ frac (F) (f) -P_B = 2 \ cdot \ frac (154) (1,1) -20 = 260 \ H $

Răspuns: Greutatea încărcăturii este de 260 N.