Izmantojot fiksētu bloku, uzvariet c. Kāda ir atšķirība starp kustīgu bloku un fiksētu? Problēmu risināšanas piemēri
Bloks sastāv no viena vai vairākiem riteņiem (veltņiem), kas apvilkti ar ķēdi, jostu vai kabeli. Tāpat kā svira, bloks samazina spēku, kas nepieciešams kravas pacelšanai, bet plus tas var mainīt pielietotā spēka virzienu.
Izmaksu stiprums ir attālums: jo mazāk pūļu nepieciešams kravas pacelšanai, jo ilgāks ir attālums, uz kuru jānovirza šīs piepūles pielikšanas punkts. Bloku sistēma palielina stiprības pieaugumu, izmantojot vairāk kravas pārvadāšanas ķēdes. Šādām enerģijas taupīšanas ierīcēm ir ļoti plašs pielietojums - no masīvu tērauda siju pārvietošanas līdz augstumam būvlaukumos līdz karogu pacelšanai.
Tāpat kā ar citiem vienkārši mehānismi, bloka izgudrotāji nav zināmi. Lai arī bloki varētu būt pastāvējuši jau iepriekš, literatūrā tie pirmoreiz pieminēti 5. gadsimtā pirms mūsu ēras, un tie ir saistīti ar bloku izmantošanu, ko senie grieķi izmantoja uz kuģiem un teātros.
Bīdāmo bloku sistēmas, kas uzstādītas uz balstiekārtas (attēls iepriekš) ir plaši izplatīti montāžas līnijās, jo tie ievērojami atvieglo smago detaļu pārvietošanos. Pielietotais spēks (F) ir vienāds ar koeficientu, dalot kravas svaru (W) ar ķēžu skaitu, ko izmanto tās atbalstam (n).
Atsevišķi fiksēti bloki
Šis vienkāršākais bloku tips nesamazina slodzi, kas vajadzīgs kravas pacelšanai, bet gan maina pielietotā spēka virzienu, kā parādīts attēlos iepriekš un augšējā labajā stūrī. Fiksēts bloks karoga masta augšdaļā ir vieglāk pacelt karogu, ļaujot auklu, pie kuras karogs ir piesaistīts, novilkt uz leju.
Atsevišķi pārvietojami bloki
Atsevišķs bloks, kuru var pārvietot, samazina piepūli, kas nepieciešama kravas pacelšanai uz pusēm. Tomēr pielietotā spēka samazināšana uz pusi nozīmē, ka tā pielikšanas punktam jānoiet divreiz vairāk nekā attālums. Šajā gadījumā spēks ir vienāds ar pusi no svara (F \u003d 1 / 2W).
Bloķēšanas sistēmas
Izmantojot fiksēta bloka un pārvietojama bloka kombināciju, pielietotais spēks ir slodžu ķēžu kopējā skaita reizinājums. Šajā gadījumā spēks ir vienāds ar pusi no svara (F \u003d 1 / 2W).
Kravas, vertikāli pacelts caur bloku, ļauj horizontālajiem elektriskajiem vadiem būt saspringtiem.
Gaisvadu pacēlājs (attēls iepriekš) sastāv no ķēdes, kas savīta ap vienu pārvietojamu un diviem fiksētiem blokiem. Kravas pacelšanai nepieciešams pielikt spēku, kas ir tikai puse no tā svara.
Polyspast, ko parasti izmanto lielos celtņos (attēls labajā pusē), sastāv no kustīgu bloku komplekta, uz kuriem tiek apturēta krava, un fiksētu bloku komplekta, kas piestiprināts pie celtņa strēles. Izmantojot tik daudzu bloku izturību, celtnis var pacelt ļoti smagas kravas, piemēram, tērauda sijas. Šajā gadījumā spēks (F) ir vienāds ar koeficientu, dalot kravas svaru (W) ar atbalsta kabeļu skaitu (n).
Bibliogrāfiskais apraksts: Šumeiko A. V., Vetashenko O. G. Mūsdienu skats uz vienkārša mehānisma "bloku", pētīts no fizikas mācību grāmatām 7. klasei // Jauns zinātnieks. - 2016. - Nr. 2. - S. 106-113..07.2019).
Fizikas mācību grāmatas 7. klasei, studējot vienkāršu bloķēšanas mehānismu, interpretē iegūto spēks, paceļot kravu ar izmantojot šo mehānismu, piemēram: pērškina mācību grāmata UN. B. laimests in spēks tiek sasniegts ar izmantojot bloka riteni, uz kuru darbojas sviras spēki, un gendenšteina mācību grāmatā L. E. To pašu ieguvumu iegūst ar ar kabeli, uz kura darbojas kabeļa spriegošanas spēks. Dažādas mācību grāmatas, dažādi priekšmeti un dažādi spēki - saņemt balvu 2006. gadā spēks, paceļot kravu. Tāpēc šī raksta mērķis ir meklēt objektus un spēki, ar ar kuru palīdzību iegūstama spēks, paceļot kravu ar vienkāršu bloķēšanas mehānismu.
Vispirms iepazīsimies un salīdzināsim, kā viņi iegūst stiprinājumu, paceļot kravu ar vienkāršu bloķēšanas mehānismu, fizikas mācību grāmatās 7. klasei, lai skaidrības labad tabulā ievietotu fragmentus no mācību grāmatām ar vienādiem jēdzieniem.
|
Peryshkin A. V. Fizika. 7.klase. 61.§. Sviras līdzsvara noteikuma piemērošana blokam, 180.-183.lpp. |
Gendenshtein L.E., fizika. 7.klase. 24.§. Vienkārši mehānismi, 188.-196. |
|
"Bloķēt ir ritenis ar gropi, pastiprināts būrī. Caur bloka notekas tiek izvadīta virve, kabelis vai ķēde. "Fiksēts bloksšāds bloks tiek saukts, kura ass ir fiksēta un, paceļot kravas, nepaceļas vai nekrīt (177. att.). Fiksēto bloku var uzskatīt par vienlīdzīgas rokas sviru, kurā spēka ieroči ir vienādi ar riteņa rādiusu (178. att.): ОА \u003d ОВ \u003d r. Šāds bloks nedod spēka ieguvumu. (F1 \u003d F2), bet ļauj mainīt spēka virzienu. " |
"Vai tas dod fiksēts bloks spēka pieaugums? ... 24.1.a attēlā kabeli nospriego ar spēku, ko zvejnieks pieliek brīvajam kabeļa galam. Tāpēc kabeļa stiepes spēks paliek nemainīgs gar kabeli, tāpēc no kabeļa malas uz slodzi (zivis ) darbojas tas pats spēka modulis. Tāpēc stacionārs bloks nedod stiprības pieaugumu. 6.Kā izmantot fiksētu bloku, lai iegūtu stiprību? Ja cilvēks paceļ sevi,kā parādīts 24.6. attēlā, tad personas svars tiek vienādi sadalīts starp abām virves daļām (bloka pretējās pusēs). Tāpēc cilvēks sevi paceļ, pieliekot spēku, kas ir puse no viņa svara ”,. |
|
« Pārvietojams bloks ir bloks, kura ass paceļas un krītas līdz ar slodzi (179. att.).
180. attēlā parādīta atbilstošā svira: О - sviras balsts, AO - spēka P plecs un OB - spēka F plecs. Tā kā OB plecs ir divas reizes lielāks nekā OA plecs, tad spēks F ir 2 reizes mazāks nekā spēks P: F \u003d P / 2. Tādējādi kustamais bloks dod uzvaruspēks 2 reizes ". |
"pieci. Kāpēc kustamais bloks dod uzvaruspēksdivreiz? Kad krava tiek pacelta vienmērīgi, vienmērīgi pārvietojas arī kustīgais bloks. Tas nozīmē, ka visu tam pielikto spēku rezultāts ir nulle. Ja bloka masu un berzi tajā var neņemt vērā, tad mēs varam pieņemt, ka blokam tiek pielikti trīs spēki: uz leju vērstās kravas svars P un divi vienādi kabeļa spriegojuma spēki F, kas vērsti uz augšu. Tā kā šo spēku rezultāts ir nulle, tad P \u003d 2F, tas ir kravas svars ir 2 reizes lielāks par kabeļa spriegojumu. Bet kabeļa spriegošanas spēks ir tieši tāds spēks, kas tiek pielikts, paceļot kravu ar pārvietojama bloka palīdzību. Tādējādi mēs esam pierādījuši ka kustamais bloks dod ienesīgumu spēks 2 reizes ". |
|
“Parasti praksē tiek izmantota fiksēta bloka un kustama bloka kombinācija (181. att.). Fiksētais bloks ir paredzēts tikai ērtībai. Tas nedod spēka pieaugumu, bet maina spēka darbības virzienu, piemēram, tas ļauj pacelt kravu, stāvot uz zemes.
181. att. Kustīgu un fiksētu bloku - skriemeļa bloka kombinācija ”. |
"12. Sistēma ir parādīta 24.7. Attēlā bloki. Cik daudz kustīgu bloku ir un cik fiksētu? Kādu stiprumu dod šāda bloku sistēma, ja rodas berze un bloku masu var atstāt novārtā? " ...
Attēls 24.7. Atbilde 240. lappusē: “12.Trīs trīs kustīgi bloki un viens fiksēts; 8 reizes. " |
Apkoposim mācību grāmatu tekstu un skaitļu pārskatu un salīdzinājumu:
Pierādījumi par spēka pieauguma iegūšanu A. V. Peryshkin mācību grāmatā tiek veikti uz bloka riteņa, un darbojošais spēks ir sviras spēks; paceļot kravu, nekustīgs bloks nedod stiprības pieaugumu, un kustīgs bloks dod stiprības pieaugumu 2 reizes. Nav minēts kabelis, uz kura kravas karājas pie fiksēta bloka, un kustams bloks ar kravu.
No otras puses, L. E. Gendenšteina mācību grāmatā stiprības pieauguma pierādījumi tiek veikti uz kabeļa, uz kura karājas slodze vai kustams bloks ar slodzi, un darbojošais spēks ir kabeļa stiepes spēks; paceļot kravu, nekustīgs bloks var iegūt stiprinājumu divkārt, un tekstā nav pieminēta bloka riteņa svira.
Meklējot literatūru, kurā aprakstīts, kā iegūt stiprinājumu ar bloku un saiti, tika nolemts "Fizikas pamata mācību grāmata", ko rediģēja akadēmiķis GS Landsbergs, 84. paragrāfs. 168–175. Lappusē ir aprakstīti vienkāršie aparāti: “viens bloks, divkāršs bloks, vārti, ķēdes pacēlājs un diferenciālis”. Patiešām, pēc konstrukcijas "dubultā bloks dod stiprības pieaugumu, paceļot kravu, pateicoties atšķirībai starp bloku rādiusu garumu", ar kuru palīdzību tiek pacelta krava, un skriemeļa bloks virves dēļ dod stiprības pieaugumu, paceļot kravu. , vairākās daļās, no kurām krava krava. " Tādējādi bija iespējams noskaidrot, kāpēc bloks un kabelis (virve) atsevišķi dod stiprības pieaugumu, paceļot kravu, taču nebija iespējams noskaidrot, kā bloks un kabelis mijiedarbojas viens ar otru un nodod kravas svaru viens otram, jo \u200b\u200bslodzi var pakārt uz kabeļa. , un kabelis tiek izmests virs bloka, vai krava var pakārties uz bloka, un bloks karājas uz vada. Izrādījās, ka kabeļa spriegošanas spēks ir nemainīgs un darbojas visā kabeļa garumā, tāpēc slodzes svara pārvietošana ar kabeli uz bloku notiks katrā kabeļa un bloka saskares vietā, kā arī uz bloku apturētās kravas svara pārvietošana uz kabeli. Lai noskaidrotu bloka mijiedarbību ar kabeli, mēs veiksim eksperimentus, lai iegūtu kustamā bloka stiprības pieaugumu, paceļot kravu, izmantojot skolas fizikas klases aprīkojumu: dinamometrus, laboratorijas blokus un svaru komplektu 1N (102 g). Mēs sāksim eksperimentus ar pārvietojamo bloku, jo mums ir trīs dažādas versijas, kā šis bloks var iegūt jaudas palielinājumu. Pirmā versija ir “180. att. Kustams bloks kā svira ar nevienlīdzīgiem pleciem "- A. V. Pērškina mācību grāmata, otrā" 24.5. Att. ... divi identiski kabeļa F sprieguma spēki ", - saskaņā ar L. E. Gendenšteina mācību grāmatu, un visbeidzot trešais" 145. att. Polyspast ". ... Kravas pacelšana ar pārvietojamu ķēdes pacēlāja sprostu uz vairākām vienas virves daļām - saskaņā ar G. S. Landsberga mācību grāmatu.
Pieredzes numurs 1. "183. att."
Veicot eksperimentu Nr. 1, iegūstot stiprības palielinājumu kustamam blokam ar "sviru ar nevienādām rokām OAV fig.180" saskaņā ar A. V. Perjuškina mācību grāmatu, 1. pozīcija uz pārvietojamā bloka "183. att.", Mēs uzzīmēsim sviru ar nevienādām rokām OAV, kā "Att. 180" un sāciet pacelt kravu no 1. stāvokļa uz 2. pozīciju. Tajā pašā brīdī bloks sāk griezties pretēji pulksteņrādītāja virzienam ap savu asi punktā A un punktā B - sviras gals, aiz kura notiek celšana, iet aiz pusloka, pa kuru kabelis no apakšas iet ap pārvietojamo bloku. Punkts O - sviras balsts, kas jānostiprina, iet uz leju, sk. "183. att." - 2. pozīcija, tas ir, svira ar nevienlīdzīgām svirām OAB mainās kā svira ar vienādām svirām (punkti O un B iziet tos pašus ceļus).
Balstoties uz eksperimentā Nr. 1 iegūtajiem datiem par izmaiņām OAB sviras stāvoklī uz pārvietojama bloka, paceļot kravu no 1. stāvokļa uz 2. pozīciju, var secināt, ka pārvietojamā bloka attēlojums kā svira ar nevienlīdzīgiem pleciem "180. att.", Paceļot Kravas svars ar bloka rotāciju ap savu asi atbilst svirai ar vienādām rokām, kas nedod stiprības pieaugumu, paceļot kravu.
Eksperiments Nr. 2 sāksies, pievienojot dinamometrus pie kabeļa galiem, uz kuriem mēs pakārt kustamu bloku ar svaru 102 g, kas atbilst smagumam 1 N. Mēs piestiprināsim vienu no kabeļa galiem pie balstiekārtas, bet otra kabeļa galā mēs pacelsim slodzi uz kustamo bloku. Pirms kāpuma abu dinamometru rādījumi bija par 0,5 N, kāpuma sākumā dinamometra rādījumi, kuriem notiek kāpums, mainījās uz 0,6 N un palika tādi kāpuma laikā, kāpuma beigās rādījumi atgriezās pie 0,5 N. Dinamometra rādījumi fiksēti fiksētai suspensijai pacēluma laikā nemainījās un palika vienāds ar 0,5 N. Analizēsim eksperimenta rezultātus:
- Pirms pacelšanas, kad uz pārvietojamā bloka karājas 1 N (102 g) krava, kravas svars tiek sadalīts pa visu riteni un pa visu riteņa pusloku tiek pārsūtīts uz kabeli, kurš iet ap bloku no apakšas.
- Pirms pacelšanas abu dinamometru rādījumi ir 0,5 N katrs, kas norāda kravas svara sadalījumu 1 N (102 g) uz divām kabeļa daļām (pirms un pēc bloka) vai ka kabeļa stiepes spēks ir 0,5 N, un tas ir vienāds. visā kabeļa garumā (kas sākumā ir vienāds kabeļa galā) - abi šie apgalvojumi ir patiesi.
Salīdzināsim pieredzes Nr. 2 analīzi ar mācību grāmatu versijām, kā iegūt kustamu bloku, lai stiprība būtu divkārša. Sāksim ar apgalvojumu L. E. Gendenšteina mācību grāmatā "..., ka blokam tiek pielikti trīs spēki: uz leju vērstās kravas svars P un divi augšup vērsti identiski kabeļa spriegošanas spēki (24.5. Att.)". Precīzāk, tas būs paziņojums, ka kravas svars "att. 14.5 ”ir sadalīts divās kabeļa daļās pirms un pēc bloka, jo kabeļa stiepes spēks ir viens. Atliek analizēt parakstu zem “181. att.” No mācību grāmatas A. V. Peryshkin “Kustīgo un fiksēto bloku kombinācija - skriemeļa bloks”. Ierīces apraksts un stiprības iegūšana, paceļot kravu ar ķēdes pacēlāju, ir sniegts Elementary Physics Textbook, ed. Lansbergs G. S., kur teikts: "Katrs virvju gabals starp blokiem darbosies ar kustīgu slodzi ar spēku T, un visi virves gabali darbosies ar spēku nT, kur n ir virves atsevišķo sekciju skaits, kas savieno abas bloka daļas." Izrādās, ka, ja uz "181. att." Mēs piemērojam stiprinājuma pieauguma saņemšanu ar troses bloka "virvi, kas savieno abas daļas" no G. Landsberga Elementārās fizikas mācību grāmatas, tad aprakstu, kā iegūt stiprības ieguvumu no pārvietojama bloka, 179. att. Un attiecīgi att. 180 ”būs kļūda.
Izanalizējuši četras fizikas mācību grāmatas, mēs varam secināt, ka esošais apraksts par stiprības iegūšanu, izmantojot vienkāršu bloku mehānismu, neatbilst reālajam stāvoklim un tāpēc ir nepieciešams jauns vienkārša bloķēšanas mehānisma darbības apraksts.
Vienkārša pacelšanas ierīce sastāv no bloka un kabeļa (virves vai ķēdes).
Šī celšanas mehānisma bloki ir sadalīti sīkāk:
pēc dizaina līdz vienkāršai un sarežģītai;
ar kravu paceļot uz pārvietojamu un fiksētu.
Sāksim mūsu iepazīšanos ar bloku celtniecību ar vienkāršs bloks, kas ir ritenis, kas rotē ap asi, ar gropi ap kabeļa (virves, ķēdes) apkārtmēru, 1. att., un to var uzskatīt par vienlīdzīgas rokas sviru, kuras rokas ir vienādas ar riteņa rādiusu: ОА \u003d ОВ \u003d r. Šāds bloks nedod stiprības pieaugumu, bet tas ļauj mainīt kabeļa (virves, ķēdes) kustības virzienu.
Divkāršs bloks sastāv no diviem dažādu rādiusu blokiem, kas stingri piestiprināti viens pie otra un uzstādīti uz kopīgas ass 2. att. Bloku r1 un r2 rādiuss ir atšķirīgs, un, paceļot kravu, tie darbojas kā svira ar nevienādām rokām, un stiprības pieaugums būs vienāds ar lielāku diametru bloka rādiusa garuma attiecību pret mazāka diametra bloku F \u003d P · r1 / r2.
Vārti sastāv no cilindra (bungas) un tam piestiprināta roktura, kas darbojas kā liela diametra bloks. Vārtu sniegto spēka pieaugumu nosaka ar roktura aprakstītā apļa R rādiusa attiecību pret cilindra r rādiusu r, uz kura virve ir ietīta F \u003d P r / R.
Pārejam pie kravas pacelšanas paņēmieniem blokos. No struktūras apraksta visiem blokiem ir ass, ap kuru tie griežas. Ja bloka ass ir fiksēta un, paceļot kravas, nepaceļas vai nekrīt, tad šādu bloku sauc fiksēts bloks,vienkāršs bloks, dubultā bloks, vārti.
Ir ritošais bloksass paceļas un krīt kopā ar slodzi 10. att., un tas galvenokārt ir paredzēts, lai novērstu troses izliekšanos kravas balstiekārtas vietā.
Iepazīsimies ar kravas pacelšanas ierīci un paņēmienu ar vienkārša celšanas mehānisma otro daļu - tas ir kabelis, virve vai ķēde. Virve ir savīta no tērauda stieples, virve ir savīta no vītnēm vai šķipsnām, un ķēde sastāv no saitēm, kas savienotas viena ar otru.
Metodes kravas apturēšanai un stiprības iegūšanai, paceļot kravu ar virvi:
Att. 4, slodze tiek fiksēta vienā kabeļa galā, un, ja slodze tiek pacelta ar otru kabeļa galu, tad, lai paceltu šo slodzi, ir nepieciešams spēks, kas ir nedaudz lielāks par kravas svaru, jo vienkāršs spēka palielināšanas bloks nedod F \u003d P.
5. attēlā darba ņēmējs sevi paceļ pa kabeli, kurš no augšas saliecas ap vienkāršu bloku, kabeļa pirmās daļas vienā galā ir sēdeklis, uz kura sēž darbinieks, un kabeļa otrajā daļā darbinieks sevi paceļ ar spēku, kas ir 2 reizes mazāks par viņa svaru, tāpēc, ka strādnieka svars tika sadalīts divās kabeļa daļās, pirmajā - no sēdekļa līdz blokam, bet otrajā - no bloka uz darbinieka rokām F \u003d P / 2.
6. attēlā kravas paceļ divi darbinieki, izmantojot divas virves, un kravas svars tiek vienādi sadalīts starp virvēm, un tāpēc katrs strādnieks pacels kravu ar spēku, kas ir puse no kravas svara F \u003d P / 2.
7. attēlā darbinieki paceļ kravu, kas karājas uz viena kabeļa divām daļām, un kravas svars tiek vienādi sadalīts starp šī kabeļa daļām (kā starp diviem kabeļiem), un katrs darbinieks pacels kravu ar spēku, kas vienāds ar pusi no kravas svara F \u003d P / 2.
8. att. Kabeļa gals, kuram viens no strādniekiem pacēla kravu, tika fiksēts uz fiksētas balstiekārtas, un kravas svars tika sadalīts divās kabeļa daļās, un, kad darbinieks paceltu kravu ar otru kabeļa galu, spēks, ar kuru darbinieks pacels kravu, ir divreiz lielāks mazāks kravas svars F \u003d P / 2, un kravas pacelšana būs 2 reizes lēnāka.
9. attēlā krava karājas uz 3 viena kabeļa daļām, kuru viens gals ir fiksēts, un stiprības pieaugums, paceļot kravu, būs vienāds ar 3, jo kravas svars ir sadalīts trīs kabeļa daļās F \u003d P / 3.
Lai novērstu līkumu un samazinātu berzes spēku, vietā, kur krava tiek apturēta, tiek uzstādīts vienkāršs bloks, un kravas mainīšanai nepieciešamais spēks nav mainījies, jo vienkāršs bloks nedod 10. un 11. attēla stiprības pieaugumu, un pats bloks tiks saukts pārvietojams bloks, jo šī bloka ass paceļas un krītas līdz ar slodzi.
Teorētiski kravu var apturēt uz neierobežotu vienas virves daļu skaitu, taču praktiski to var ierobežot līdz sešām daļām, un šādu celšanas mehānismu sauc skriemeļa bloks, kas sastāv no fiksēta un pārvietojama klipa ar vienkārši bloki, kuras pārmaiņus ir saliektas ar kabeli, viena gala ir piestiprināta pie fiksēta turētāja, un krava tiek pacelta otrā kabeļa galā. Stiprības pieaugums ir atkarīgs no kabeļu daļu skaita starp fiksētajiem un pārvietojamajiem skavām, parasti 6 kabeļu detaļām, un stiprības pieauguma sešas reizes.
Rakstā apskatīta bloku un kabeļu reālās dzīves mijiedarbība kravas celšanas laikā. Esošā prakse definīcijā, ka "fiksēts bloks nedod spēka ieguvumu, bet kustīgs bloks dod stiprības palielinājumu 2 reizes" kļūdaini interpretēja kabeļa un bloka mijiedarbību pacelšanas mehānismā un neatspoguļoja visu bloku konstrukcijas dažādību, kā rezultātā tika izstrādātas vienpusējas kļūdainas idejas par bloķēt. Salīdzinot ar esošajiem materiāla apjomiem vienkārša bloķēšanas mehānisma izpētei, raksta apjoms ir dubultojies, taču tas ļāva skaidri un skaidri izskaidrot vienkāršā celšanas mehānismā notiekošos procesus ne tikai studentiem, bet arī skolotājiem.
Literatūra:
- Perjuškins, A. V. Fizika, 7. klase: mācību grāmata / A. V. Perjuškins. - 3. ed., Papild. - M .: Drofa, 2014, - 224 lpp.,: Slims. ISBN 978-5-358-14436-1. 61.§. Sviras līdzsvara noteikuma piemērošana blokam, 181.-183.lpp.
- Gendenšteins, L.E., fizika. 7.klase. Plkst. 14.00 1. daļa izglītības iestādes/ L. E. Gendenshten, A. B. Kaidalov, V. B. Kozhevnikov; ed. V. A. Orlova, I., I. Roysen - 2. red., Red. - M .: Mnemosina, 2010.-254 lpp .: ill. ISBN 978-5-346-01453-9. 24.§. Vienkārši mehānismi, 188.-196.
- Fizikas pamata mācību grāmata, kuru rediģējis akadēmiķis GS Landsbergs, 1. sējums. Mehānika. Karstums. Molekulārā fizika. - 10. izdevums. - M .: Nauka, 1985. § 84. Vienkāršas mašīnas, 168. – 175. Lpp.
- Gromovs, S. V. Fizika: Mācību grāmata. uz 7 cl. vispārējā izglītība. iestādes / S. V. Gromovs, N. A. Rodina. - 3. ed. - M .: Izglītība, 2001.-158 s ,: slims. ISBN-5-09-010349-6. 22.§. Bloks, 55.-57.lpp.
Atslēgas vārdi: bloks, dubultā bloks, fiksēts bloks, pārvietojams bloks, skriemeļa bloks..
Anotācija: Fizikas mācību grāmatās 7. klasei, kad tiek pētīts vienkāršs bloķēšanas mehānisms, interpretē spēka pieaugumu, paceļot kravu, izmantojot šo mehānismu, dažādos veidos, piemēram: A. V. Pērškina mācību grāmatā spēka pieaugums tiek sasniegts ar bloka riteņa palīdzību, uz kuru darbojas sviras spēki, un Gendenstein L.E mācību grāmatā tāds pats ieguvums tiek iegūts ar kabeļa palīdzību, uz kuru iedarbojas kabeļa spriegošanas spēks. Dažādas mācību grāmatas, dažādi objekti un dažādi spēki - lai iegūtu spēku, paceļot kravu. Tādēļ šī raksta mērķis ir meklēt objektus un spēkus, ar kuru palīdzību tiek iegūts spēka pieaugums, paceļot kravu ar vienkāršu bloķēšanas mehānismu.
Pārvietojams bloks atšķiras no nekustīga bloka ar to, ka tā ass nav fiksēta, un tas var pacelties un nokrist ar slodzi.
1. attēls. Pārvietojams bloks
Tāpat kā stacionārais bloks, arī mobilais bloks sastāv no viena un tā paša riteņa ar kabeļa gropi. Tomēr šeit viens kabeļa gals ir fiksēts, un ritenis ir pārvietojams. Ritenis pārvietojas ar kravu.
Kā atzīmēja Arhimēds, kustamais bloks būtībā ir svira un darbojas pēc tāda paša principa, dodot spēku palielinājumu plecu atšķirības dēļ.
2. attēls. Spēku spēki un rokas kustīgajā blokā
Kustīgais bloks pārvietojas ar kravu, it kā tas atrodas uz virves. Šajā gadījumā atbalsta punkts katrā laika brīdī atradīsies bloka saskares punktā ar virvi vienā pusē, slodzes trieciens tiks veikts bloka centrā, kur tas ir piestiprināts pie ass, un vilces spēks tiks pielikts kontakta vietā ar virvi bloka otrā pusē. ... Tas ir, ķermeņa svara plecs būs bloka rādiuss, un mūsu vilces spēka plecs būs diametrs. Momentu noteikums šajā gadījumā izskatīsies šādi:
$ $ mgr \u003d F \\ cdot 2r \\ Rightarrow F \u003d mg / 2 $$
Tādējādi pārvietojamais bloks dod dubultu stiprības pieaugumu.
Parasti praksē tiek izmantota fiksēta bloka un kustama bloka kombinācija (3. att.). Fiksētais bloks ir paredzēts tikai ērtībai. Tas maina spēka virzienu, ļauj, piemēram, pacelt kravu, stāvot uz zemes, un pārvietojamais bloks nodrošina spēka pieaugumu.
3. attēls. Stacionāro un pārvietojamo vienību kombinācija
Mēs uzskatījām par ideāliem blokiem, tas ir, tiem, kuros berzes spēku darbība netika ņemta vērā. Īstiem blokiem ir jāievieš korekcijas koeficienti. Tiek izmantotas šādas formulas:
Fiksēts bloks
$ F \u003d f 1/2 mg $
Šajās formulās: $ F $ ir pielietotais ārējais spēks (parasti tas ir cilvēka roku spēks), $ m $ ir slodzes masa, $ g $ ir smaguma koeficients, $ f $ ir pretestības koeficients blokā (ķēdēm apmēram 1,05, un trosēm 1.1).
Ar pārvietojamu un fiksētu bloku sistēmas palīdzību iekrāvējs paceļ instrumentu komplektu USD S_1 $ \u003d 7 m augstumā, pieliekot spēku $ F $ \u003d 160 N. Kāds ir kastes svars un cik metru virves būs jāizvēlas, līdz krava tiek pacelta? Kādu darbu rezultātā veiks iekrāvējs? Salīdziniet to ar darbu, kas veikts ar kravu, lai to pārvietotu. Neņemiet vērā kustīgā bloka berzi un masu.
$ m, S_2, A_1, A_2 $ -?
Pārvietojams bloks nodrošina dubultu izturību un dubultu pārvietošanās zaudējumu. Stacionārs bloks nedod stiprības pieaugumu, bet maina tā virzienu. Tādējādi pielietotais spēks būs puse no kravas svara: $ F \u003d 1 / 2P \u003d 1 / 2mg $, no kurienes mēs atrodam kastes masu: $ m \u003d \\ frac (2F) (g) \u003d \\ frac (2 \\ cdot 160) (9 , 8) \u003d 32,65 \\ kg USD
Kravas kustība būs puse no izvēlētās virves garuma:
Iekrāvēja veiktais darbs ir vienāds ar pielikto piepūles reizinājumu kravas pārvietošanai: $ A_2 \u003d F \\ cdot S_2 \u003d 160 \\ cdot 14 \u003d 2240 \\ J \\ $.
Darbs pie kravas:
Atbilde: kastes svars ir 32,65 kg. Izvēlētās virves garums ir 14 m. Veiktais darbs ir 2240 J un nav atkarīgs no kravas pacelšanas metodes, bet tikai no kravas svara un pacēlāja augstuma.
2. problēma
Kādu svaru var pacelt ar pārvietojamu 20 N bloku, ja virvi velk ar spēku 154 N?
Pierakstīsim kustamā bloka momentu likumu: $ F \u003d f 1/2 (P + P_B) $, kur $ f $ ir virves korekcijas koeficients.
Tad $ P \u003d 2 \\ frac (F) (f) -P_B \u003d 2 \\ cdot \\ frac (154) (1,1) -20 \u003d 260 \\ H $
Atbilde: Kravas svars 260 N.
Pārvietojams bloks atšķiras no nekustīga bloka ar to, ka tā ass nav fiksēta, un tas var pacelties un nokrist ar slodzi.
1. attēls. Pārvietojams bloks
Tāpat kā stacionārais bloks, arī mobilais bloks sastāv no viena un tā paša riteņa ar kabeļa gropi. Tomēr šeit viens kabeļa gals ir fiksēts, un ritenis ir pārvietojams. Ritenis pārvietojas ar kravu.
Kā atzīmēja Arhimēds, kustamais bloks būtībā ir svira un darbojas pēc tāda paša principa, dodot spēku palielinājumu plecu atšķirības dēļ.
2. attēls. Spēku spēki un rokas kustīgajā blokā
Kustīgais bloks pārvietojas ar kravu, it kā tas atrodas uz virves. Šajā gadījumā atbalsta punkts katrā laika brīdī atradīsies bloka saskares punktā ar virvi vienā pusē, slodzes trieciens tiks veikts bloka centrā, kur tas ir piestiprināts pie ass, un vilces spēks tiks pielikts kontakta vietā ar virvi bloka otrā pusē. ... Tas ir, ķermeņa svara plecs būs bloka rādiuss, un mūsu vilces spēka plecs būs diametrs. Momentu noteikums šajā gadījumā izskatīsies šādi:
$ $ mgr \u003d F \\ cdot 2r \\ Rightarrow F \u003d mg / 2 $$
Tādējādi pārvietojamais bloks dod dubultu stiprības pieaugumu.
Parasti praksē tiek izmantota fiksēta bloka un kustama bloka kombinācija (3. att.). Fiksētais bloks ir paredzēts tikai ērtībai. Tas maina spēka virzienu, ļauj, piemēram, pacelt kravu, stāvot uz zemes, un pārvietojamais bloks nodrošina spēka pieaugumu.
3. attēls. Stacionāro un pārvietojamo vienību kombinācija
Mēs uzskatījām par ideāliem blokiem, tas ir, tiem, kuros berzes spēku darbība netika ņemta vērā. Īstiem blokiem ir jāievieš korekcijas koeficienti. Tiek izmantotas šādas formulas:
Fiksēts bloks
$ F \u003d f 1/2 mg $
Šajās formulās: $ F $ ir pielietotais ārējais spēks (parasti tas ir cilvēka roku spēks), $ m $ ir slodzes masa, $ g $ ir smaguma koeficients, $ f $ ir pretestības koeficients blokā (ķēdēm apmēram 1,05, un trosēm 1.1).
Ar pārvietojamu un fiksētu bloku sistēmas palīdzību iekrāvējs paceļ instrumentu komplektu USD S_1 $ \u003d 7 m augstumā, pieliekot spēku $ F $ \u003d 160 N. Kāds ir kastes svars un cik metru virves būs jāizvēlas, līdz krava tiek pacelta? Kādu darbu rezultātā veiks iekrāvējs? Salīdziniet to ar darbu, kas veikts ar kravu, lai to pārvietotu. Neņemiet vērā kustīgā bloka berzi un masu.
$ m, S_2, A_1, A_2 $ -?
Pārvietojams bloks nodrošina dubultu izturību un dubultu pārvietošanās zaudējumu. Stacionārs bloks nedod stiprības pieaugumu, bet maina tā virzienu. Tādējādi pielietotais spēks būs puse no kravas svara: $ F \u003d 1 / 2P \u003d 1 / 2mg $, no kurienes mēs atrodam kastes masu: $ m \u003d \\ frac (2F) (g) \u003d \\ frac (2 \\ cdot 160) (9 , 8) \u003d 32,65 \\ kg USD
Kravas kustība būs puse no izvēlētās virves garuma:
Iekrāvēja veiktais darbs ir vienāds ar pielikto piepūles reizinājumu kravas pārvietošanai: $ A_2 \u003d F \\ cdot S_2 \u003d 160 \\ cdot 14 \u003d 2240 \\ J \\ $.
Darbs pie kravas:
Atbilde: kastes svars ir 32,65 kg. Izvēlētās virves garums ir 14 m. Veiktais darbs ir 2240 J un nav atkarīgs no kravas pacelšanas metodes, bet tikai no kravas svara un pacēlāja augstuma.
2. problēma
Kādu svaru var pacelt ar pārvietojamu 20 N bloku, ja virvi velk ar spēku 154 N?
Pierakstīsim kustamā bloka momentu likumu: $ F \u003d f 1/2 (P + P_B) $, kur $ f $ ir virves korekcijas koeficients.
Tad $ P \u003d 2 \\ frac (F) (f) -P_B \u003d 2 \\ cdot \\ frac (154) (1,1) -20 \u003d 260 \\ H $
Atbilde: Kravas svars 260 N.
Termins "bloķēt" nozīmē kāda mehāniska ierīce, kas ir veltnis, kas piestiprināta uz perpendikulāra ass.Šis veltnis var brīvi kustēties vai, gluži pretēji, ir stingri fiksēts. Vienkāršosim definīciju - ja veltņa rotācijas ass pārvietojas telpā, tad bloks ir pārvietojams. Veltnim ir rieva, kurā ir ievietota virve vai kabelis. Zemāk redzamais attēls parāda izskats bloķēt.
Ja veltnis ir uzstādīts, piemēram, uz griestiem, tā ir fiksēta vienība. Ja veltnis pārvietojas ar kravu, tas ir kustīgs bloks. Vispārīgā nozīmē vienīgā atšķirība ir šī.
Kustīgas vienības lietošanas mērķis ir iegūt stiprumu, paceļot vai pārvietojot kravas un fiziskie ķermeņi... Fiksētais bloks nedod uzvaru, tomēr tas bieži ievērojami vienkāršo korpusa kustību un tiek izmantots sistēmās kopā ar kustīgu bloku.
Kustīgu un fiksētu bloku pielietošana
Bloku sistēma ir visuresoša. Šis un celšanas celtņi, un dažādas ierīces preču pārvietošanai garāžā un pat modernās automašīnas piedziņas siksnas. Bieži vien bloku izmanto pat bez skaidras izpratnes, ka tas ir pats mehānisms.
Noteikti būvlaukumos esat saskārušies ar pārvietojamiem riteņiem, kas piestiprināti būvējamās mājas augšējos stāvos. Pār šādu riteni tiek izmesta virve vai ķēde, un strādnieks, nostiprinot kausu pirmajā stāvā, paceļ to uz augšējo stāvu, pārvietojot virvi. Šis ir vienkāršs fiksēta bloka izmantošanas piemērs. Ja spainim pievienojat vēl vienu riteni, tiek iegūta bloku sistēma - kustīga un nekustīga.
Vēl viens retāks fiksēta bloka izmantošanas piemērs. Kad cilvēks izvelk automašīnu no dubļiem, aptinot tauvas tauvu ap koka stumbru. Tas tiek darīts papildu ērtībām, jo \u200b\u200bvilkšanas vinča viegli pieķersies pie mazā kabeļa gala, kas apvilkts ap mucu. No šāda bloka nav nekāda labuma, un, tā kā koks negriežas ap savu asi, pretestības spēks palielina slodzi.
Šo vienkāršo mehānismu izmantošanas ap mums ir ļoti daudz piemēru.
Slavenākā ierīce, kas darbojas pēc bloķēšanas principa, ir ķēdes pacēlājs. To aktīvi izmanto pacelšanas mehānismi... Bloku sistēma samazina spēku, un kopējais darbs tiek samazināts 4-8 reizes.
Problēmu risināšana ar pārvietojamām un fiksētām vienībām
Fizikas problēmjautājumos bieži ir jānosaka, kāds būs kopējais stiprības pieaugums, izmantojot blokus. Studentam tiek piedāvāta sarežģīta shēma, kurā pēc kārtas ir savienoti vairāki dažādu veidu bloki.
Risinājuma atslēga šādi uzdevumi slēpjas spējā saprast šo ierīču mijiedarbību. Katru bloku aprēķina atsevišķi un pēc tam pievieno kopējai formulai. Aprēķina formula visai problēmai tiek sastādīta saskaņā ar shēmu, kuru students sastādīja, lasot nosacījumu.
Lai labāk izprastu šādus uzdevumus, atcerieties to bloks ir sava veida svira... Iegūtā izturība samazina attālumu (pārvietojama bloka gadījumā).
Aprēķina formula ir ļoti vienkārša.
Par fiksētu bloku F \u003d fmg, kur F ir spēks, f ir bloka pretestības koeficients, m ir kravas masa, g ir gravitācijas konstante. Citiem vārdiem sakot, F ir spēks, kas jāpieliek, lai paceltu, piemēram, kārbu no zemes, izmantojot nekustīgu bloku. Kā redzat, attiecības ir tiešas un nav koeficienta.
Par pārvietojamo bloku mums ir divkāršs spēks. Aprēķina formula F \u003d 0,5fmg, kur burtu apzīmējumi ir līdzīgi formulai tieši virs. Attiecīgi, lietojot pārvietojamu bloku, šāda kaste ar masu m tiks pacelta divreiz vienkāršāk ar bloku, nekā izmantojot tikai savu aizmuguri.
pieraksti to vilkšanas koeficients - šī ir opozīcija, kas rodas blokā, kad virve pārvietojas pa to. Parasti šīs vērtības ir norādītas problēmas paziņojumā vai ir tabulas vērtības. Dažreiz skolu problēmu gadījumā šie koeficienti tiek pilnībā izlaisti un netiek ņemti vērā.
To arī neaizmirstiet ja spēku pieliek leņķī, tad spēku trīsstūra aprēķināšanai jāizmanto standarta metode... Ja problēma saka, ka cilvēks velk kravu ar virvi, kas atrodas 30 grādu leņķī pret horizontu, tad tas noteikti ir jāņem vērā un jānorāda projektēšanas shēmā.