Utilizzando un blocco fisso vincere a. Qual è la differenza tra un blocco in movimento e uno fisso? Esempi di risoluzione dei problemi

Un blocco è costituito da una o più ruote (rulli), avvolte da una catena, una cintura o un cavo. Proprio come una leva, l'unità riduce la forza richiesta per sollevare il carico, ma in più può cambiare la direzione della forza applicata.

Devi pagare la distanza per il guadagno in forza: minore è lo sforzo richiesto per sollevare il carico, maggiore è il percorso che deve percorrere il punto di applicazione di questo sforzo. Il sistema a blocchi aumenta il guadagno in termini di forza attraverso l'uso di più catene portanti. Tali dispositivi per il risparmio energetico hanno una vasta gamma di applicazioni: dallo spostamento all'altezza di enormi travi in \u200b\u200bacciaio nei cantieri fino al sollevamento di bandiere.

Come con altri semplici meccanismi, gli inventori del blocco sono sconosciuti. Sebbene sia possibile che esistessero blocchi prima, la prima menzione di essi nella letteratura risale al V secolo a.C. ed è associata all'uso di blocchi da parte degli antichi Greci sulle navi e nei teatri.

Sistemi di blocco mobili montati su una barra sospesa (figura sopra)  ampiamente distribuito su linee di assemblaggio, in quanto facilita notevolmente il movimento di parti pesanti. La forza applicata (F) è uguale al quoziente di divisione del peso del carico (W) per il numero usato di catene che lo supportano (n).

Singoli blocchi fissi

Questo tipo di blocco più semplice non riduce la forza richiesta per sollevare il carico, ma cambia la direzione della forza applicata, come mostrato nelle figure sopra e proprio sopra. Blocco fisso  sulla parte superiore dell'asta della bandiera, è più facile alzare la bandiera, permettendoti di tirare il cavo a cui è legata la bandiera.

Blocchi mobili singoli

Una singola unità, con la capacità di muoversi, riduce della metà la forza richiesta per sollevare il carico. Tuttavia, dimezzare la forza applicata significa che il punto della sua applicazione deve durare il doppio. In questo caso, la forza è uguale alla metà del peso (F \u003d 1 / 2W).

Sistemi a blocchi

Quando si utilizza una combinazione di un'unità fissa con un'unità mobile, la forza applicata è un multiplo del numero totale di catene portanti. In questo caso, la forza è uguale alla metà del peso (F \u003d 1 / 2W).

carico, sospeso verticalmente attraverso l'unità, consente una stretta trazione dei cavi elettrici orizzontali.

Sollevamento aereo (Figura sopra) è costituito da una catena intrecciata attorno a un blocco mobile e due blocchi fissi. Il sollevamento di un carico richiede una forza di solo metà del suo peso.

burton, comunemente usato in grandi gru (figura a destra), è costituito da una serie di blocchi mobili a cui è sospeso il carico e da una serie di blocchi fissi fissati al braccio della gru. Ottenendo un guadagno in forza da così tanti blocchi, la gru può sollevare carichi molto pesanti, ad esempio travi in \u200b\u200bacciaio. In questo caso, la forza (F) è uguale al quoziente di divisione del peso del carico (W) per il numero di cavi di supporto (n).

Descrizione bibliografica:  Shumeiko A.V., Vetashenko O.G. Una visione moderna del semplice meccanismo di "blocco" studiato nei libri di fisica per il grado 7 // Young Scientist. - 2016. - N. 2. - S. 106-113. 07.07.2019).

  I libri di testo di fisica per il grado 7 quando si studia un semplice meccanismo a blocchi interpretano diversamente il guadagno forza durante il sollevamento del carico con usando questo meccanismo, per esempio: in libro di testo Pyoryshkina A. B. vincite in la forza è raggiunta con usando la ruota del blocco, su cui agiscono le forze della leva, e nel libro di testo di Gendenstein L. E. Lo stesso guadagno si ottiene con usando un cavo, sul quale agisce la forza di tensione del cavo. Diversi libri di testo, diversi argomenti e forze diverse - ricevere una vittoria in forza durante il sollevamento di un carico. Pertanto, lo scopo di questo articolo è di cercare oggetti e forze con con cui il guadagno in forza durante il sollevamento del carico con un semplice meccanismo di blocco.

parole chiave:

In primo luogo, ci familiarizzeremo e confronteremo come si ottiene un guadagno in forza sollevando un carico con un semplice meccanismo a blocchi nei libri di testo di fisica per il grado 7, per questo inseriremo estratti da libri di testo con gli stessi concetti per chiarezza nella tabella.

Pyoryshkin A.V. Physics. 7a elementare. § 61. Applicazione della regola del bilanciamento della leva su un blocco, pagg. 180-183.	Gendenshtein L.E. Physics. 7a elementare. § 24. Meccanismi semplici, pagg. 188-196.
"Block  È una ruota con un solco, fortificata in una gabbia. Una fune, un cavo o una catena viene fatta passare attraverso la trincea di un blocco. "Blocco fissochiamano tale blocco il cui asse è fisso e non si alza e non cade durante il sollevamento di merci (Fig. 177). Un blocco fisso può essere considerato come una leva a braccio uguale, in cui le spalle delle forze sono uguali al raggio della ruota (Fig. 178): ОА \u003d ОВ \u003d r. Un tale blocco non dà un guadagno in forza. (F1 \u003d F2), ma ti permette di cambiare la direzione della forza. "	“Un blocco fisso dà un guadagno in forza? ... in Fig. 24.1a, il cavo è tirato dalla forza esercitata dal pescatore verso l'estremità libera del cavo. La forza di tensione del cavo rimane costante lungo il cavo, quindi, dal lato del cavo al carico (pesce ) la stessa forza modulo agisce. Di conseguenza, un blocco fisso non fornisce un guadagno in forza. 6.Come usare un blocco immobile per ottenere un guadagno in forza? Se una persona si alza se stessocome mostrato in Fig. 24.6, il peso della persona viene distribuito equamente su due parti del cavo (ai lati opposti del blocco). Pertanto, una persona si alza applicando una forza che è la metà del suo peso. "
“Un blocco mobile è un blocco il cui asse si alza e si abbassa con il carico (Fig. 179). La Figura 180 mostra la leva corrispondente: O - il fulcro della leva, AO è la spalla della forza P e OB è la spalla della forza F. Poiché la spalla OV è 2 volte più grande della spalla OA, quindi la forza F è 2 volte inferiore alla forza P: F \u003d P / 2. In questo modo l'unità mobile dà un guadagno inforza 2 volte ".	"5. Perché l'unità mobile dà un vantaggioforzaredue volte? Con un sollevamento uniforme del carico, anche l'unità mobile si sposta uniformemente. Quindi il risultato di tutte le forze applicate ad esso è zero. Se la massa del blocco e l'attrito in esso possono essere trascurati, allora possiamo supporre che al blocco siano applicate tre forze: il peso del carico P diretto verso il basso e due forze identiche della tensione del cavo F diretto verso l'alto. Poiché la risultante di queste forze è zero, allora P \u003d 2F, cioè il peso del carico è 2 volte la forza di trazione del cavo.  Ma la forza di tensione del cavo è precisamente la forza che viene applicata quando si solleva un carico con l'aiuto di un blocco mobile. Quindi abbiamo dimostrato a cui l'unità mobile dà un guadagno forza 2 volte ".
“Di solito in pratica, viene utilizzata una combinazione di un blocco fisso con un blocco mobile (Fig. 181). L'unità fissa è solo per comodità. Non dà un guadagno in forza, ma cambia la direzione della forza, ad esempio, consente di sollevare il carico, stando a terra. Fig.181. La combinazione di blocchi mobili e fissi - polyspast ".	"12. La Figura 24.7 mostra il sistema blocchi. Quanti blocchi mobili ci sono e quanti sono immobili? Qual è il guadagno in forza dato da un tale sistema di blocchi, se per attrito e la massa di blocchi può essere trascurata? " Figura 24.7. Rispondi a pagina 240: “12. Tre blocchi mobili e uno immobili; 8 volte ".

Per riassumere la familiarizzazione e il confronto di testi e figure nei libri di testo:

La prova di guadagnare forza nel libro di testo A. Poryshkina viene effettuata sulla ruota del blocco e la forza di azione è la forza della leva; quando si solleva un carico, il blocco fisso non fornisce un guadagno in forza e il blocco mobile fornisce un guadagno in forza di 2 volte. Non viene menzionato il cavo su cui pende il carico sull'unità fissa e sull'unità mobile con il carico.

D'altra parte, nel libro di testo di L.E. quando si solleva un carico, un blocco fisso può dare un guadagno di 2 volte in forza, ma non si fa menzione di una leva sulla ruota di un blocco.

La ricerca di letteratura con una descrizione di come ottenere potere in blocco e cavo ha portato al "Manuale di fisica elementare", pubblicato dall'accademico G. S. Landsberg, nel §84. Alle macchine semplici alle pagine 168-175 vengono fornite le descrizioni: "un blocco semplice, un doppio blocco, un cancello, un paranco a catena e un blocco differenziale". Infatti, nella sua progettazione, "il doppio blocco dà un guadagno in forza quando si solleva il carico, a causa della differenza nella lunghezza dei raggi dei blocchi", con cui viene sollevato il carico, e "il paranco a catena dà il guadagno in vigore quando si solleva il carico, a causa della fune , su diverse parti delle quali pende un carico ". Pertanto, è stato possibile scoprire perché il guadagno in termini di forza è dato, sollevando il carico, separatamente il blocco e il cavo (fune), ma non è stato possibile scoprire come il blocco e il cavo interagiscono tra loro e trasferire il peso del carico l'uno con l'altro, poiché il carico può essere sospeso su un cavo e il cavo viene gettato sopra il blocco o il carico può pendere sul blocco e il blocco pende sul cavo. Si è scoperto che la forza di tensione del cavo è costante e agisce lungo l'intera lunghezza del cavo, pertanto, il trasferimento del peso del carico dal cavo al blocco sarà in corrispondenza di ciascun punto di contatto tra il cavo e il blocco, nonché il trasferimento del peso del carico sospeso sul blocco al cavo. Per chiarire l'interazione dell'unità con il cavo, eseguiremo esperimenti su come ottenere forza in potenza con l'unità mobile, durante il sollevamento del carico, utilizzando l'attrezzatura del gabinetto di fisica della scuola: dinamometri, blocchi di laboratorio e una serie di carichi in 1N (102 g). Iniziamo gli esperimenti con il blocco in movimento, perché abbiamo tre diverse versioni di guadagnare potere nel blocco. La prima versione è “Fig. 180. Un'unità mobile come leva con spalle disuguali "- il libro di A. Poryshkina, secondo" Fig.24.5 ... due forze di tensione del cavo identiche F ", - secondo il libro di testo di Gendenstein L. E. e infine il terzo" Fig. 145. Polyspast " . Sollevare un carico con una gabbia mobile di un paranco a catena su più parti di una corda - secondo il libro di testo di G. Landsberg G.

Esperienza n. 1. "Fig. 183"

Per condurre l'esperimento n. 1, aumentare la forza sul blocco mobile con una "leva con bracci disuguali della RUBRICA fig. 180" secondo il libro di testo A. Peryshkina, sul blocco mobile "Fig. 183" posizione 1, tirare una leva con le spalle disuguali dell'OAV, come su “Fig. 180” e iniziare a sollevare il carico dalla posizione 1 alla posizione 2. In quel momento, il blocco inizia a ruotare, in senso antiorario, attorno al proprio asse nel punto A e nel punto B - l'estremità della leva oltre la quale si alza il sollevamento oltre il semicerchio, lungo il quale il cavo dal basso si piega attorno al blocco mobile. Punto O - il punto di supporto della leva, che deve essere fissato, scende, vedere "Fig. 183" - posizione 2, ovvero la leva con spalle disuguali OAB cambia come una leva con spalle uguali (gli stessi percorsi superano i punti O e B).

Sulla base dei dati ottenuti nell'esperimento n. 1 sui cambiamenti nella posizione della leva della Rubrica offline sul blocco mobile durante il sollevamento di merci dalla posizione 1 alla posizione 2, possiamo concludere che la rappresentazione del blocco mobile come una leva con spalle disuguali in "Fig. 180", durante il sollevamento il carico, con la rotazione del blocco attorno al suo asse, corrisponde a una leva con spalle uguali, che non fornisce un guadagno di forza quando si solleva il carico.

Iniziamo l'esperimento n. 2 attaccando i dinamometri alle estremità del cavo, su cui appenderemo un'unità mobile con un peso di 102 g, che corrisponde a una gravità di 1 N. Una delle estremità del cavo verrà fissata alla sospensione e solleveremo il carico sull'unità mobile all'altra estremità del cavo. Prima del sollevamento, le letture di entrambi i dinamometri a 0,5 N, all'inizio del sollevamento delle letture del dinamometro, durante le quali il sollevamento ha luogo, sono cambiate a 0,6 N e sono rimaste tali durante il sollevamento, alla fine del sollevamento le letture sono tornate a 0,5 N. Le letture del dinamometro sono state fissate per una sospensione fissa non è cambiato durante la risalita ed è rimasto uguale a 0,5 N. Analizziamo i risultati dell'esperimento:

1. Prima di sollevare, quando un carico di 1 N (102 g) pende su un blocco mobile, il peso del carico viene distribuito all'intera ruota e trasferito al cavo, che si piega attorno al blocco dal basso, con l'intero semicerchio della ruota.
2. Prima di sollevare le letture di entrambi i dinamometri a 0,5 N, che indica la distribuzione del peso del carico di 1 N (102 g) in due parti del cavo (prima e dopo il blocco) o che la forza di tensione del cavo è 0,5 N, e lo stesso lungo l'intera lunghezza del cavo (che all'inizio, lo stesso alla fine del cavo) - entrambe queste affermazioni sono vere.

Confrontiamo l'analisi dell'esperienza n. 2 con le versioni dei libri di testo su come guadagnare forza in 2 volte con un blocco in movimento. Cominciamo con l'affermazione nel libro di testo di Gendenstein L.E. "... che tre forze vengono applicate al blocco: il peso del carico P diretto verso il basso e due forze di tensione del cavo identiche dirette verso l'alto (Fig. 24.5)." La dichiarazione che il peso del carico in "Fig. 14,5 "è stato distribuito in due parti del cavo, prima e dopo il blocco, poiché la forza di tensione del cavo è una. Resta da analizzare la firma per "Fig. 181" dal libro di testo di A. V. Peryshkin "Combinazione di blocchi mobili e fissi - blocco puleggia". Una descrizione del dispositivo e del guadagno di potenza, quando si solleva il carico, con un paranco a catena è riportata nel Manuale di fisica elementare, ed. Lansberg G. S., dove si dice: "Ogni pezzo di corda tra i blocchi agirà su un carico in movimento con una forza T, e tutti i pezzi della corda agiranno con una forza nT, dove n è il numero di sezioni separate della corda che collegano entrambe le parti del blocco." Si scopre che se si applica il guadagno in forza a "Fig. 181" dalla "corda che collega entrambe le parti" del blocco a catena dal Manuale di fisica elementare di G.S. Landsberg, allora la descrizione del guadagno in forza dal blocco in movimento in "Fig. 179 e, rispettivamente, Fig. 180 "è un errore.

Dopo aver analizzato quattro libri di testo di fisica, possiamo concludere che la descrizione esistente di guadagnare potere con un semplice meccanismo a blocchi non corrisponde alla situazione reale e quindi richiede una nuova descrizione del funzionamento di un semplice meccanismo a blocchi.

Dispositivi di sollevamento semplici  è costituito da un blocco e una corda (corda o catena).

I blocchi di questo meccanismo di sollevamento sono suddivisi in:

dal design semplice e complesso;

con il metodo di sollevamento del carico in movimento e fermo.

La familiarità con il design dei blocchi inizierà con blocco semplice, che è una ruota che ruota attorno al suo asse, con una scanalatura attorno alla circonferenza del cavo (fune, catena) Fig. 1 e può essere considerata come un braccio uguale, in cui le spalle delle forze sono uguali al raggio della ruota: ОА \u003d ОВ \u003d r. Tale unità non fornisce un guadagno in termini di forza, ma consente di cambiare la direzione di movimento del cavo (fune, catena).

Doppio blocco  è costituito da due blocchi di raggi diversi, fissati rigidamente insieme e montati sull'asse comune di Fig. 2. I raggi dei blocchi r1 e r2 sono diversi e, quando si solleva il carico, agiscono come una leva con spalle disuguali e il guadagno in forza sarà uguale al rapporto delle lunghezze dei raggi del blocco di diametro maggiore con il blocco di diametro inferiore F \u003d P · r1 / r2.

cancello è costituito da un cilindro (tamburo) e da una maniglia collegata ad esso, che funge da blocco di grande diametro. Il guadagno in vigore dato dal collare è determinato dal rapporto tra il raggio del cerchio R descritto dalla maniglia e il raggio del cilindro r, su cui la fune F \u003d P · r / R.

Passiamo al metodo di sollevamento dei carichi in blocchi. Dalla descrizione del progetto, tutti i blocchi hanno un asse attorno al quale ruotano. Se l'asse del blocco è fisso e quando il sollevamento di merci non sale e non scende, viene chiamato un tale blocco blocco fissoblocco semplice, doppio blocco, cancello.

in mattarellol'asse si alza e si abbassa con il carico di Fig. 10 ed è destinato principalmente ad eliminare la piega del cavo nel punto di sospensione del carico.

Conosciamo il dispositivo e il metodo di sollevamento della seconda parte di un semplice meccanismo di sollevamento: un cavo, una corda o una catena. Il cavo è attorcigliato da fili di acciaio, la corda è attorcigliata da fili o trefoli e la catena è costituita da maglie interconnesse.

Modi di sospensione del carico e aumento della forza, quando si solleva un carico, con un cavo:

In fig. 4, il carico è fissato a un'estremità del cavo e se si solleva il carico all'altra estremità del cavo, il sollevamento di questo carico richiederà una forza leggermente superiore al peso del carico, poiché una semplice unità di guadagno in vigore non fornisce F \u003d R.

Nella figura 5, il lavoratore si solleva per il cavo, che si piega attorno a un semplice blocco, il sedile su cui si trova il lavoratore è fissato a un'estremità della prima parte del cavo e il lavoratore si solleva per la seconda parte del cavo con una forza 2 volte inferiore al suo peso, perché il peso del lavoratore era distribuito su due parti del cavo, il primo dal sedile al blocco e il secondo dal blocco alle mani del lavoratore F \u003d P / 2.

Nella Fig. 6, due lavoratori sollevano il carico da due cavi e il peso del carico è distribuito uniformemente tra i cavi e quindi ciascun lavoratore solleverà il carico con metà del peso del carico F \u003d P / 2.

Nella Figura 7, i lavoratori sollevano un carico che pende da due parti di un cavo e il peso del carico viene distribuito uniformemente tra le parti di questo cavo (come tra due cavi) e ciascun lavoratore solleverà il carico con una forza pari alla metà del peso del carico F \u003d P / 2.

In Fig. 8, l'estremità del cavo, per la quale uno dei lavoratori ha sollevato il carico, è stata fissata su una sospensione fissa e il peso del carico è stato distribuito in due parti del cavo e quando il lavoratore ha sollevato il carico, la seconda estremità del cavo era due volte più forte del lavoratore meno peso F \u003d P / 2 e il carico sarà 2 volte più lento.

In Fig. 9, il carico pende su 3 parti di un cavo, un'estremità della quale è fissa e il guadagno in resistenza, quando si solleva il carico, sarà 3, poiché il peso del carico sarà distribuito su tre parti del cavo F \u003d P / 3.

Per eliminare il nodo e ridurre la forza di attrito, viene installato un semplice blocco nel luogo di sospensione del carico e la forza richiesta per sollevare il carico non è cambiata, poiché un semplice blocco non fornisce un guadagno nella forza di Fig. 10 e Fig. 11 e il blocco stesso verrà chiamato blocco mobile, poiché l'asse di questo blocco aumenta e diminuisce con il carico.

Teoricamente, il carico può essere sospeso su un numero illimitato di parti di un cavo, ma sono praticamente limitate a sei parti e un tale meccanismo di sollevamento è chiamato puleggia, che consiste in un supporto fisso e mobile con blocchi semplici, che sono alternativamente piegati intorno con un cavo, fissato ad un'estremità a un supporto fisso, e il carico viene sollevato alla seconda estremità del cavo. Il guadagno in potenza dipende dal numero di parti del cavo tra le clip fisse e mobili, di norma sono 6 parti del cavo e il guadagno in potenza è 6 volte.

L'articolo discute le interazioni nella vita reale tra i blocchi e il cavo quando si solleva il carico. La pratica corrente nel determinare che "un blocco fisso non dà un guadagno in forza e un blocco mobile dà un guadagno in forza di 2 volte" interpretava erroneamente l'interazione del cavo e del blocco nel meccanismo di sollevamento e non rifletteva l'intera varietà di disegni di blocco, che ha portato allo sviluppo di idee errate unilaterali su blocco. Rispetto ai volumi esistenti di materiale per lo studio del semplice meccanismo del blocco, il volume dell'articolo è aumentato di 2 volte, ma ciò ha permesso di spiegare in modo chiaro e intelligibile i processi che si svolgono nel semplice meccanismo di sollevamento del carico non solo per gli studenti, ma anche per gli insegnanti.

riferimenti:

1. Poryshkin, A.V. Physics, 7th class.: Manuale / A.V. Poryshkin.- 3rd ed., Additional.- M.: Drofa, 2014, - 224 s., Ill. ISBN 978-55358-14436-1. § 61. Applicazione della regola dell'equilibrio della leva finanziaria a un blocco, pagg. 181-183.
2. Gendenstein, L.E. Physics. 7a elementare. 2 ore, parte 1. Libro di testo per istituti scolastici / L. E. Gendenshten, A. B. Kaydalov, V. B. Kozhevnikov; sotto la direzione di V.A. Orlova, I. I. Roisen, 2a ed., Rev. - M .: Mnemosyne, 2010.-254 p .: Ill. ISBN 978-55346-01453-9. § 24. Meccanismi semplici, pagg. 188-196.
3. Manuale elementare di fisica, a cura dell'accademico G. S. Landsberg Volume 1. Meccanica. Il calore. Fisica molecolare, decima edizione, Mosca: Nauka, 1985. § 84. Macchine semplici, pp. 168-175.
4. Gromov, S.V. Physics: Textbook. per 7 cl. educazione generale. istituzioni / S.V. Gromov, N.A. Rodina.- 3a ed. - M .: Education, 2001.-158 s ,: ill. ISBN-5-09-010349-6. § 22. Blocco, pagg. 55 -57.

parole chiave: blocco, doppio blocco, blocco fisso, blocco mobile, blocco puleggia..

abstract:   I libri di testo di fisica per il grado 7, quando si studia un semplice meccanismo a blocchi, interpretano il guadagno in forza in modo diverso quando si solleva un carico usando questo meccanismo, ad esempio: nel libro di testo di A.V. Peryshkin, il guadagno in forza si ottiene con l'aiuto di una ruota a blocchi, su cui agiscono le forze della leva, e nel libro di testo di Gendenshtein L. E. lo stesso guadagno si ottiene con l'aiuto di un cavo, sul quale agisce la forza di tensione del cavo. Diversi libri di testo, soggetti diversi e forze diverse - per guadagnare forza quando si solleva un carico. Pertanto, lo scopo di questo articolo è la ricerca di oggetti e forze, con l'aiuto del quale si ottiene un guadagno di forza quando si solleva un carico con un semplice meccanismo a blocchi.

L'unità mobile differisce da quella stazionaria in quanto il suo asse non è fisso e può alzarsi e abbassarsi con il carico.

Figura 1. Unità mobile

Come il blocco fisso, il blocco mobile è costituito dalla stessa ruota con uno scivolo per cavi. Tuttavia, un'estremità del cavo è fissata qui e la ruota è mobile. La ruota si muove con il carico.

Come notato da Archimede, l'unità mobile è essenzialmente una leva e funziona secondo lo stesso principio, dando un guadagno in forza a causa della differenza nelle spalle.

Figura 2. Forze e spalle di forze in un blocco in movimento

L'unità mobile si muove con il carico; è come se si trovasse su una corda. In questo caso, il fulcro in ogni momento sarà nel punto in cui il blocco è in contatto con la fune su un lato, il carico verrà applicato al centro del blocco, dove è fissato sull'asse e la forza di trazione verrà applicata nel luogo di contatto con la fune sull'altro lato del blocco . Cioè, il raggio del blocco sarà la spalla del peso corporeo e il diametro sarà la spalla della forza della nostra trazione. La regola dei momenti in questo caso sarà simile a:

  $$ mgr \u003d F \\ cdot 2r \\ Rightarrow F \u003d mg / 2 $$

Pertanto, l'unità mobile dà un guadagno in vigore due volte.

Di solito in pratica, viene utilizzata una combinazione di un blocco fisso con un blocco mobile (Fig. 3). L'unità fissa è solo per comodità. Cambia la direzione della forza, consente, ad esempio, di sollevare il carico, appoggiandosi a terra, e l'unità mobile fornisce un guadagno di forza.

Figura 3. Combinazione di blocchi fissi e mobili

Abbiamo esaminato i blocchi ideali, cioè quelli in cui l'azione delle forze di attrito non è stata presa in considerazione. Per blocchi reali, è necessario introdurre fattori di correzione. Usa le seguenti formule:

Blocco fisso

$ F \u003d f 1/2 mg $

In queste formule: $ F $ è la forza esterna applicata (di solito è la forza delle mani di una persona), $ m $ è la massa del carico, $ g $ è il coefficiente di gravità, $ f $ è il coefficiente di resistenza nel blocco (per circuiti circa 1,05, e per le corde 1.1).

Utilizzando un sistema di blocchi mobili e fissi, il caricatore solleva la cassetta degli attrezzi ad un'altezza di $ S_1 $ \u003d 7 m, applicando una forza di $ F $ \u003d 160 N. Qual è la massa della scatola e quanti metri di fune devi scegliere mentre il carico aumenta? Quale lavoro farà il caricatore di conseguenza? Confrontalo con il lavoro svolto sul carico per spostarlo. L'attrito e la massa del blocco mobile vengono trascurati.

$ m, S_2, A_1, A_2 $ -?

L'unità mobile offre un doppio guadagno di forza e una doppia perdita di movimento. Un'unità fissa non fornisce un guadagno in forza, ma cambia direzione. Pertanto, la forza applicata sarà la metà del peso del carico: $ F \u003d 1 / 2P \u003d 1 / 2mg $, da dove troviamo la massa della scatola: $ m \u003d \\ frac (2F) (g) \u003d \\ frac (2 \\ cdot 160) (9 , 8) \u003d 32,65 \\ kg $

Il movimento del carico sarà la metà della lunghezza della fune selezionata:

Il lavoro svolto dal caricatore è uguale al prodotto dello sforzo applicato per spostare il carico: $ A_2 \u003d F \\ cdot S_2 \u003d 160 \\ cdot 14 \u003d 2240 \\ J \\ $.

Lavori eseguiti sul carico:

Risposta: la massa della scatola è di 32,65 kg. La lunghezza della fune selezionata è di 14 m. Il lavoro svolto è di 2240 J e non dipende dal metodo di sollevamento del carico, ma solo dalla massa del carico e dall'altezza dell'ascensore.

Compito 2

Quale carico può essere sollevato usando un blocco mobile del peso di 20 N, se si tira una fune con una forza di 154 N?

Scriviamo la regola dei momenti per il blocco in movimento: $ F \u003d f 1/2 (P + P_B) $, dove $ f $ è il fattore di correzione per la corda.

Quindi $ P \u003d 2 \\ frac (F) (f) -P_B \u003d 2 \\ cdot \\ frac (154) (1,1) -20 \u003d 260 \\ N $

Risposta: Peso del carico 260 N.

L'unità mobile differisce da quella stazionaria in quanto il suo asse non è fisso e può alzarsi e abbassarsi con il carico.

Figura 1. Unità mobile

Come il blocco fisso, il blocco mobile è costituito dalla stessa ruota con uno scivolo per cavi. Tuttavia, un'estremità del cavo è fissata qui e la ruota è mobile. La ruota si muove con il carico.

Come notato da Archimede, l'unità mobile è essenzialmente una leva e funziona secondo lo stesso principio, dando un guadagno in forza a causa della differenza nelle spalle.

Figura 2. Forze e spalle di forze in un blocco in movimento

L'unità mobile si muove con il carico; è come se si trovasse su una corda. In questo caso, il fulcro in ogni momento sarà nel punto in cui il blocco è in contatto con la fune su un lato, il carico verrà applicato al centro del blocco, dove è fissato sull'asse e la forza di trazione verrà applicata nel luogo di contatto con la fune sull'altro lato del blocco . Cioè, il raggio del blocco sarà la spalla del peso corporeo e il diametro sarà la spalla della forza della nostra trazione. La regola dei momenti in questo caso sarà simile a:

  $$ mgr \u003d F \\ cdot 2r \\ Rightarrow F \u003d mg / 2 $$

Pertanto, l'unità mobile dà un guadagno in vigore due volte.

Di solito in pratica, viene utilizzata una combinazione di un blocco fisso con un blocco mobile (Fig. 3). L'unità fissa è solo per comodità. Cambia la direzione della forza, consente, ad esempio, di sollevare il carico, appoggiandosi a terra, e l'unità mobile fornisce un guadagno di forza.

Figura 3. Combinazione di blocchi fissi e mobili

Abbiamo esaminato i blocchi ideali, cioè quelli in cui l'azione delle forze di attrito non è stata presa in considerazione. Per blocchi reali, è necessario introdurre fattori di correzione. Usa le seguenti formule:

Blocco fisso

$ F \u003d f 1/2 mg $

In queste formule: $ F $ è la forza esterna applicata (di solito è la forza delle mani di una persona), $ m $ è la massa del carico, $ g $ è il coefficiente di gravità, $ f $ è il coefficiente di resistenza nel blocco (per circuiti circa 1,05, e per le corde 1.1).

Utilizzando un sistema di blocchi mobili e fissi, il caricatore solleva la cassetta degli attrezzi ad un'altezza di $ S_1 $ \u003d 7 m, applicando una forza di $ F $ \u003d 160 N. Qual è la massa della scatola e quanti metri di fune devi scegliere mentre il carico aumenta? Quale lavoro farà il caricatore di conseguenza? Confrontalo con il lavoro svolto sul carico per spostarlo. L'attrito e la massa del blocco mobile vengono trascurati.

$ m, S_2, A_1, A_2 $ -?

L'unità mobile offre un doppio guadagno di forza e una doppia perdita di movimento. Un'unità fissa non fornisce un guadagno in forza, ma cambia direzione. Pertanto, la forza applicata sarà la metà del peso del carico: $ F \u003d 1 / 2P \u003d 1 / 2mg $, da dove troviamo la massa della scatola: $ m \u003d \\ frac (2F) (g) \u003d \\ frac (2 \\ cdot 160) (9 , 8) \u003d 32,65 \\ kg $

Il movimento del carico sarà la metà della lunghezza della fune selezionata:

Il lavoro svolto dal caricatore è uguale al prodotto dello sforzo applicato per spostare il carico: $ A_2 \u003d F \\ cdot S_2 \u003d 160 \\ cdot 14 \u003d 2240 \\ J \\ $.

Lavori eseguiti sul carico:

Risposta: la massa della scatola è di 32,65 kg. La lunghezza della fune selezionata è di 14 m. Il lavoro svolto è di 2240 J e non dipende dal metodo di sollevamento del carico, ma solo dalla massa del carico e dall'altezza dell'ascensore.

Compito 2

Quale carico può essere sollevato usando un blocco mobile del peso di 20 N, se si tira una fune con una forza di 154 N?

Scriviamo la regola dei momenti per il blocco in movimento: $ F \u003d f 1/2 (P + P_B) $, dove $ f $ è il fattore di correzione per la corda.

Quindi $ P \u003d 2 \\ frac (F) (f) -P_B \u003d 2 \\ cdot \\ frac (154) (1,1) -20 \u003d 260 \\ N $

Risposta: Peso del carico 260 N.

Il termine "blocco" significa qualche dispositivo meccanico, che è un rullo che è montato su un asse perpendicolare.Questo rullo o può muoversi liberamente, o viceversa - è fissato rigidamente. Semplifica la definizione: se l'asse di rotazione del rullo si sposta nello spazio, il blocco è mobile. Sul rullo è presente una scanalatura in cui è inserita una corda o un cavo. L'immagine seguente mostra l'aspetto del blocco.

Se il rullo è fissato, ad esempio, sul soffitto, è un blocco fisso. Se il rullo si muove con il carico, è un'unità mobile. In senso generale, l'unica differenza è questa.

Il significato dell'utilizzo di un'unità mobile è un guadagno di forza durante il sollevamento o lo spostamento di carichi e corpi fisici. Il blocco fisso non fornisce un guadagno, tuttavia, spesso semplifica notevolmente il movimento del corpo e viene utilizzato nei sistemi in combinazione con il blocco mobile.

L'uso di blocchi mobili e fissi

Il sistema a blocchi è onnipresente. Queste sono gru e vari dispositivi per lo spostamento di merci nel garage e persino cinghie di trasmissione in un'auto moderna. Spesso un blocco viene utilizzato anche senza una chiara comprensione del fatto che questo è il meccanismo stesso.

Sicuramente nei cantieri hai incontrato ruote mobili fissate ai piani superiori di una casa in costruzione. Una corda o una catena viene lanciata su una ruota del genere e il lavoratore, fissando un secchio al primo piano, lo solleva al piano superiore, spostando la corda. Questo è un semplice esempio dell'uso di un blocco fisso. Se aggiungi un'altra ruota al secchio, otterrai un sistema di blocchi: in movimento e immobile.

Un altro esempio più raro di utilizzo di un blocco fisso. Quando una persona estrae un'auto dal fango, avvolgendo una corda da rimorchio attorno a un tronco d'albero. Questo viene fatto per una maggiore comodità, poiché l'argano da rimorchio si aggancia facilmente all'estremità piccola del cavo avvolto attorno al bagagliaio. Non vi è alcun guadagno da un tale blocco stesso e poiché l'albero non ruota attorno al suo asse, la forza di resistenza aumenta il carico.

Ci sono molti esempi di utilizzo di questi semplici meccanismi attorno a noi.

Il dispositivo più famoso che funziona secondo il principio dei blocchi è un paranco a catena. È attivamente utilizzato nei meccanismi di sollevamento. Il sistema a blocchi riduce la potenza e il lavoro complessivo viene ridotto di 4-8 volte.

Risoluzione di problemi con blocchi mobili e fissi

Nei problemi di fisica, è spesso necessario determinare quale sarà il guadagno totale in termini di forza quando si utilizzano i blocchi. Allo studente viene offerto uno schema complesso in cui più blocchi di diversi tipi sono collegati in fila.

La chiave per risolvere  tali compiti risiede nella capacità di comprendere l'interazione di questi dispositivi. Ogni blocco viene calcolato separatamente e quindi aggiunto alla formula generale. La formula di calcolo per l'intero compito è compilata secondo lo schema che lo studente ha disegnato leggendo la condizione.

Per una migliore comprensione di tali compiti, ricordalo il blocco è una specie di leva. La forza vinta dà una perdita di distanza (nel caso di un blocco in movimento).

La formula di calcolo è molto semplice.

Per unità fissa F \u003d fmg, dove F è la forza, f è il coefficiente di resistenza del blocco, m è la massa del carico, g è la costante gravitazionale. In altre parole, F è la forza che deve essere applicata per sollevare, ad esempio, una scatola da terra usando un blocco fisso. Come puoi vedere, la dipendenza è diretta e non esiste alcun coefficiente.

Per unità mobile  abbiamo una doppia vittoria al potere. La formula di calcolo è F \u003d 0,5fmg, dove le designazioni delle lettere sono simili alla formula appena sopra. Di conseguenza, quando si utilizza un blocco mobile, tale scatola con massa m verrà sollevata due volte più facilmente con il blocco rispetto all'utilizzo del solo dorso.

Si prega di notare che coefficiente di resistenza  - questa è la reazione che si verifica nel blocco quando si sposta la corda lungo di esso. In genere, queste quantità sono specificate nella condizione del problema o sono quantità tabulari. A volte nei problemi scolastici, questi coefficienti sono completamente omessi e non presi in considerazione.

Inoltre, non dimenticarlo se la forza viene applicata in un angolo, è necessario utilizzare il metodo standard per il calcolo del triangolo delle forze. Se l'attività dice che una persona tira un carico su una fune che si trova a 30 gradi rispetto all'orizzonte, questo dovrebbe certamente essere preso in considerazione e indicato nel diagramma di progettazione.