Perfektný blok vám dáva výhru. Jednoduché mechanizmy. Pohyblivé a pevné bloky. Zlaté pravidlo mechaniky

Témy kodifikátora Jednotnej štátnej skúšky: jednoduché mechanizmy, účinnosť mechanizmu.

Mechanizmus - ide o zariadenie na premenu sily (jej zvyšovanie alebo znižovanie).
Jednoduché mechanizmy - páka a naklonená rovina.

Rameno páky.

Rameno páky je tuhé teleso, ktoré sa môže otáčať okolo pevnej osi. Na obr. 1) je znázornená páka s osou otáčania. Sily a sú aplikované na konce páky (body a ). Ramená týchto síl sa rovnajú resp.

Rovnovážny stav páky je daný momentovým pravidlom: , odkiaľ

Ryža. 1. Páka

Z tohto vzťahu vyplýva, že páka dáva nárast sily alebo vzdialenosti (v závislosti od účelu, na ktorý sa používa) toľkokrát, koľkokrát je väčšie rameno dlhšie ako menšie.

Napríklad, aby ste zdvihli bremeno 700 N silou 100 N, musíte vziať páku s pomerom ramien 7:1 a umiestniť záťaž na krátke rameno. 7-krát naberieme na sile, ale rovnako veľakrát stratíme na vzdialenosti: koniec dlhého ramena bude opisovať 7-krát väčší oblúk ako koniec krátkeho ramena (teda záťaž).

Príklady pák, ktoré zvyšujú silu, sú lopata, nožnice a kliešte. Veslárske veslo je páka, ktorá dáva zisk do vzdialenosti. A obyčajné pákové váhy sú páka s rovnakým ramenom, ktorá neposkytuje žiadne zvýšenie ani vzdialenosti, ani sily (inak sa dajú použiť na váženie zákazníkov).

Pevný blok.

Dôležitým typom páky je blokovať - koleso upevnené v klietke s drážkou, cez ktorú prechádza lano. Vo väčšine problémov sa lano považuje za beztiažovú, neroztiahnuteľnú niť.

Na obr. 2 nezobrazené pohyblivý blok, teda blok s pevnou osou otáčania (prechádzajúca kolmo na rovinu výkresu cez bod).

Na pravom konci nite je k hrotu pripevnené závažie. Pripomeňme si, že telesná hmotnosť je sila, ktorou telo tlačí na podperu alebo napína záves. V tomto prípade sa závažie aplikuje na miesto, kde je zaťaženie pripevnené k závitu.

Na ľavý koniec vlákna v bode pôsobí sila.

Silové rameno sa rovná , kde je polomer bloku. Váhové rameno sa rovná . To znamená, že pevný blok je páka s rovnakým ramenom, a preto nezabezpečuje zvýšenie sily ani vzdialenosti: po prvé, máme rovnosť a po druhé, v procese pohybu bremena a nite pohyb bod sa rovná pohybu bremena.

Prečo potom vôbec potrebujeme pevný blok? Je to užitočné, pretože vám umožňuje zmeniť smer úsilia. Typicky sa pevný blok používa ako súčasť zložitejších mechanizmov.

Pohyblivý blok.

Na obr. 3 znázornený pohyblivý blok, ktorého os sa pohybuje spolu s nákladom. Niť ťaháme silou, ktorá pôsobí v bode a smeruje nahor. Blok sa otáča a súčasne sa pohybuje nahor, čím zdvíha bremeno zavesené na nite.

IN tento momentčas, pevný bod je bod , a práve okolo neho sa blok otáča ("prevalil" by sa cez bod ). Tiež hovoria, že okamžitá os otáčania bloku prechádza bodom (táto os smeruje kolmo na rovinu výkresu).

Hmotnosť bremena sa aplikuje v mieste, kde je bremeno pripevnené k závitu. Pákový efekt sily sa rovná .

Ale rameno sily, ktorou ťaháme niť, sa ukáže byť dvakrát väčšie: rovná sa . Podmienkou rovnováhy zaťaženia je teda rovnosť (čo vidíme na obr. 3: vektor je polovičný ako vektor).

V dôsledku toho pohyblivý blok poskytuje dvojnásobné zvýšenie sily. Zároveň však strácame rovnako dvakrát vo vzdialenosti: na zdvihnutie nákladu o jeden meter sa bude musieť bod posunúť o dva metre (teda vytiahnuť dva metre nite).

Blok na obr. 3 je tu jedna nevýhoda: ťahanie nite nahor (za bod) nie je najviac najlepší nápad. Súhlaste s tým, že je oveľa pohodlnejšie ťahať niť nadol! Tu nám príde na pomoc stacionárny blok.

Na obr. Obrázok 4 zobrazuje zdvíhací mechanizmus, ktorý je kombináciou pohyblivého bloku a pevného bloku. Na pohyblivom bloku je zavesené bremeno a kábel je navyše prehodený cez pevný blok, čo umožňuje ťahanie lana nadol a zdvihnutie bremena. Vonkajšiu silu na kábli opäť symbolizuje vektor .

Toto zariadenie sa v zásade nelíši od pohyblivého bloku: s jeho pomocou tiež získame dvojnásobný nárast sily.

Naklonená rovina.

Ako vieme, je ľahšie valiť ťažký sud po naklonených chodníkoch, ako ho dvíhať vertikálne. Mosty sú teda mechanizmom, ktorý poskytuje zisky na sile.

V mechanike sa takýto mechanizmus nazýva naklonená rovina. Naklonená rovina - je to hladký plochý povrch umiestnený v určitom uhle k horizontu. V tomto prípade stručne hovoria: „naklonená rovina s uhlom“.

Nájdite silu, ktorá musí byť použitá na hromadné zaťaženie, aby sa rovnomerne zdvihlo pozdĺž hladkého povrchu. naklonená rovina s uhlom. Táto sila samozrejme smeruje po naklonenej rovine (obr. 5).

Vyberieme os, ako je znázornené na obrázku. Pretože sa náklad pohybuje bez zrýchlenia, sily pôsobiace naň sú vyvážené:

Projektujeme na osi:

To je presne sila, ktorú je potrebné vynaložiť, aby sa náklad posunul po naklonenej rovine.

Na rovnomerné vertikálne zdvihnutie rovnakého bremena je potrebná sila rovnajúca sa . Je vidieť, že od . Naklonená rovina v skutočnosti dáva nárast sily a čím menší je uhol, tým väčší je zisk.

Široko používané typy naklonenej roviny sú klin a skrutka.

Zlaté pravidlo mechaniky.

Jednoduchý mechanizmus môže zvýšiť silu alebo vzdialenosť, ale nemôže zvýšiť prácu.

Napríklad páka s pákovým pomerom 2:1 poskytuje dvojnásobný nárast sily. Ak chcete zdvihnúť váhu na menšie rameno, musíte použiť silu na väčšie rameno. Aby sa však náklad zdvihol do výšky, väčšie rameno bude musieť byť znížené o , a vykonaná práca sa bude rovnať:

teda rovnakú hodnotu ako bez použitia páky.

V prípade naklonenej roviny získavame na sile, keďže na záťaž pôsobíme silou, ktorá je menšia ako sila gravitácie. Aby sme však náklad zdvihli do výšky nad východiskovú polohu, musíme ísť po naklonenej rovine. Zároveň robíme prácu

t.j. rovnako ako pri zvislom zdvíhaní bremena.

Tieto skutočnosti slúžia ako prejavy takzvaného zlatého pravidla mechaniky.

Zlaté pravidlo mechanika. Žiadny z jednoduchých mechanizmov neposkytuje žiadne zvýšenie výkonu. Koľkokrát vyhráme v sile, koľkokrát prehráme na diaľku a naopak.

Zlaté pravidlo mechaniky nie je nič iné ako jednoduchá verzia zákona zachovania energie.

Účinnosť mechanizmu.

V praxi musíme rozlišovať užitočnú prácu A užitočné, čo sa musí dosiahnuť pomocou mechanizmu za ideálnych podmienok bez akýchkoľvek strát a práca na plný úväzok A plný,
ktorý sa vykonáva na rovnaké účely v reálnej situácii.

Celková práca sa rovná súčtu:
- užitočná práca;
- práca vykonaná proti trecím silám v rôznych častiach mechanizmu;
- práca vykonaná na pohyb komponentov mechanizmu.

Takže pri zdvíhaní bremena pákou musíte dodatočne pracovať na prekonaní trecej sily v osi páky a na pohyb samotnej páky, ktorá má nejakú váhu.

Plná práca je vždy užitočnejšia. Pomer užitočnej práce k celkovej práci sa nazýva koeficient užitočná akcia(účinnosť) mechanizmu:

=A užitočné/ A plný

Účinnosť sa zvyčajne vyjadruje v percentách. Účinnosť reálnych mechanizmov je vždy menšia ako 100 %.

Vypočítajme účinnosť naklonenej roviny s uhlom za prítomnosti trenia. Koeficient trenia medzi povrchom naklonenej roviny a zaťažením sa rovná .

Nechajte hmotné zaťaženie rovnomerne stúpať pozdĺž naklonenej roviny pôsobením sily z bodu do bodu do výšky (obr. 6). V smere opačnom k ​​pohybu pôsobí na bremeno posuvná trecia sila.

Nedochádza k zrýchleniu, takže sily pôsobiace na záťaž sú vyvážené:

Premietame na os X:

. (1)

Premietame na os Y:

. (2)

okrem toho

, (3)

Z (2) máme:

Potom od (3):

Ak to nahradíme (1), dostaneme:

Celková práca sa rovná súčinu sily F a dráhy, ktorú prejde teleso po povrchu naklonenej roviny:

A plný=.

Užitočná práca sa samozrejme rovná:

A užitočné =.

Pre požadovanú účinnosť získame:

Bibliografický popis: Shumeiko A.V., Vetashenko O.G. Moderný pohľad na jednoduchý „blokový“ mechanizmus, študovaný v učebniciach fyziky pre 7. ročník // Mladý vedec. 2016. Číslo 2. S. 106-113..07.2019).

Učebnice fyziky pre 7. ročník pri štúdiu jednoduchého blokového mechanizmu interpretujú výhru rôznymi spôsobmi sila pri zdvíhaní bremena z pomocou tohto mechanizmu, napríklad: in Peryshkinova učebnica A. B. výhry v pevnosť sa dosiahne s pomocou kolesa bloku, na ktoré pôsobia sily páky, a v Gendensteinovej učebnici L. E. rovnaké výhry sa získajú s pomocou kábla, ktorý je vystavený ťahovej sile kábla. Rôzne učebnice, rôzne predmety a rôzne sily - získať výhry v sila pri zdvíhaní bremena. Účelom tohto článku je preto hľadanie objektov a sila, s prostredníctvom ktorého sa získavajú výhry sila, pri zdvíhaní bremena jednoduchým blokovým mechanizmom.

Kľúčové slová:

Najprv sa pozrime a porovnajme, ako sa získavajú prírastky sily pri zdvíhaní bremena jednoduchým blokovým mechanizmom, v učebniciach fyziky pre 7. ročník Za týmto účelom umiestnime do tabuľky úryvky z textov učebníc s rovnakými pojmami kvôli prehľadnosti.

Peryshkin A.V. 7. trieda. § 61. Aplikácia pravidla rovnováhy páky na blok, s. 180–183.	Gendenshtein L. E. Fyzika. 7. trieda. § 24. Jednoduché mechanizmy, s. 188–196.
„Blokovať Je to koleso s drážkou, osadené v držiaku. Blokovým žľabom prechádza lano, lano alebo reťaz. "Pevný blok nazývajú taký blok, ktorého os je pevná a pri zdvíhaní bremien sa nedvíha ani neklesá (obr. 177). Pevný blok možno považovať za rovnoramennú páku, v ktorej sa ramená síl rovnajú polomeru kolesa (obr. 178): OA=OB=r. Takýto blok neposkytuje zisk na sile (F1 = F2), ale umožňuje vám zmeniť smer sily.“	„Prináša vám stacionárny blok na sile? ...na obr. 24.1a je lano napínané silou pôsobiacou rybárom na voľný koniec lana. Napínacia sila kábla zostáva konštantná pozdĺž kábla, takže zo strany kábla k záťaži (ryby ) pôsobí sila rovnakej veľkosti. Preto stacionárny blok neposkytuje zisk na sile. 6.Ako môžete získať silu pomocou pevného bloku? Ak osoba zdvihne seba, ako je znázornené na obr. 24.6, potom sa hmotnosť osoby rovnomerne rozloží na dve časti kábla (na opačných stranách bloku). Preto sa človek dvíha tak, že pôsobí silou, ktorá je polovica jeho hmotnosti.“
„Pohyblivý blok je blok, ktorého os stúpa a klesá spolu s bremenom (obr. 179). Obrázok 180 zobrazuje páku, ktorá jej zodpovedá: O je os páky, AO - rameno sily P a OB - rameno sily F. Keďže rameno OB je 2-krát väčšie ako rameno OA, potom je sila F 2-krát menšia ako sila P: F=P/2. teda pohyblivý blok dáva zisksila 2 krát".	"5. Prečo pohyblivý blok dáva výhru vv platnostidvakrát? Keď sa bremeno zdvíha rovnomerne, pohybujúci sa blok sa tiež pohybuje rovnomerne. To znamená, že výslednica všetkých síl naň pôsobiacich je nulová. Ak možno zanedbať hmotnosť bloku a trenie v ňom, potom môžeme predpokladať, že na blok pôsobia tri sily: hmotnosť bremena P smerujúca nadol a dve rovnaké ťahové sily kábla F smerujúce nahor. . Keďže výslednica týchto síl je nulová, potom P = 2F, tzn hmotnosť bremena je 2-násobok napínacej sily kábla. Ale napínacia sila lana je presne tá sila, ktorá pôsobí pri zdvíhaní bremena pomocou pohyblivého bloku. Tak sa nám osvedčilo že pohyblivý blok dáva zisk v sila 2 krát".
„Zvyčajne v praxi využívajú kombináciu pevného bloku a pohyblivého (obr. 181). Pevný blok sa používa len pre pohodlie. Neposkytuje zisk na sile, ale mení smer sily, napríklad umožňuje zdvihnúť bremeno v stoji na zemi. 181. Obr. Kombinácia pohyblivých a pevných blokov – reťazový kladkostroj.“	„12. Obrázok 24.7 zobrazuje systém bloky. Koľko má pohyblivých blokov a koľko pevných? Aký zisk na sile dáva takýto systém blokov, ak trenie a dá sa hmotnosť blokov zanedbať? . Obr.24.7. Odpoveď na strane 240: „12 pevné; 8-krát."

Zhrňme si prehľad a porovnanie textov a obrázkov v učebniciach:

Dôkaz získania prírastku sily v učebnici A. V. Peryškina sa uskutočňuje na kolese bloku a pôsobiacou silou je sila páky; Pri zdvíhaní bremena neposkytuje stacionárny blok zvýšenie sily, ale pohyblivý blok poskytuje 2-násobné zvýšenie sily. Nie je tam zmienka o kábli, na ktorom visí bremeno na pevnom bloku a pohyblivom bloku s bremenom.

Na druhej strane, v učebnici od Gendensteina L.E. je dôkaz zosilnenia sily vykonaný na kábli, na ktorom visí bremeno alebo pohyblivý blok s bremenom a pôsobiaca sila je napínacia sila lana; pri zdvíhaní bremena môže stacionárny blok poskytnúť 2-násobné zvýšenie pevnosti, ale v texte nie je zmienka o páke na kolese bloku.

Hľadanie literatúry popisujúcej zosilnenie sily pomocou bloku a kábla viedlo k „Základnej učebnici fyziky“, ktorú vydal akademik G. S. Landsberg, v § 84. Jednoduché stroje na str. 168–175 popisujú: „jednoduchý blok, dvojitý blok, hradlo, kladka a blok diferenciálu“. „Dvojitý blok svojou konštrukciou skutočne zvyšuje silu pri zdvíhaní bremena v dôsledku rozdielu v dĺžke polomerov blokov“, pomocou ktorých sa bremeno zdvíha, a „kladkový blok dáva zvýšenie sily pri zdvíhaní bremena v dôsledku lana, na ktorého niekoľkých častiach bremeno visí." Bolo teda možné zistiť, prečo blok a lano (lano) zvyšujú pevnosť pri zdvíhaní bremena, ale nebolo možné zistiť, ako sa blok a lano vzájomne ovplyvňujú a prenášajú hmotnosť bremena. zaťaženie navzájom, pretože bremeno môže byť zavesené na kábli a kábel je prehodený cez blok alebo bremeno môže visieť na bloku a blok visí na kábli. Ukázalo sa, že ťažná sila lana je konštantná a pôsobí po celej dĺžke lana, takže prenos hmotnosti bremena lankom na blok bude v každom bode kontaktu lana s blokom. , ako aj prenos hmotnosti bremena zaveseného na bloku na kábel. Aby sme objasnili interakciu bloku s káblom, vykonáme experimenty na získanie zvýšenia sily s pohyblivým blokom pri zdvíhaní bremena pomocou vybavenia školskej učebne fyziky: dynamometre, laboratórne bloky a súprava závaží v 1N (102 g). Začnime experimenty s pohyblivým blokom, pretože máme tri rôzne verzie získania nárastu sily s týmto blokom. Prvá verzia je „Obr.180. Pohyblivý blok ako páka s nerovnakými ramenami“ – učebnica A. V. Peryshkina, druhá „Obr. 24.5... dve rovnaké ťahové sily lana F“ – podľa učebnice L. E. Gendensteina a napokon tretia „Obr . Zdvíhanie bremena pohyblivou sponou kladky na viacerých častiach jedného lana - podľa učebnice G. S. Landsberga.

Skúsenosť č.1. "Obr. 183"

Na vykonanie experimentu č. 1, získania nárastu sily na pohyblivom bloku „s pákou s nerovnakými ramenami OAB obr. 180“ podľa učebnice A. V. Peryshkina, na pohyblivom bloku „obr. 183“ nakreslite polohu 1 páku s nerovnakými ramenami OAB, ako na „Obr. 180“, a začnite zdvíhať bremeno z polohy 1 do polohy 2. V tom istom okamihu sa blok začne otáčať proti smeru hodinových ručičiek okolo svojej osi v bode A av bode B. , koniec páky, za ktorým dochádza k zdvihu, vychádza za polkruh, pozdĺž ktorého lano zospodu obchádza pohyblivý blok. Bod O - os páky, ktorá by mala byť nehybná, ide dole, pozri „Obr. 183“ - poloha 2, t.j. páka s nerovnakými ramenami OAB sa mení ako páka s rovnakými ramenami (body O a B prechádzajú rovnako. cesty).

Na základe údajov získaných v experimente č.1 o zmenách polohy páky OAB na pohyblivom bloku pri zdvíhaní bremena z polohy 1 do polohy 2 môžeme usúdiť, že znázornenie pohyblivého bloku ako páky s nerovnakými ramenami na „Obr. 180“ pri zdvíhaní bremena s otáčaním bloku okolo jeho osi zodpovedá páka s rovnakými ramenami, ktorá pri zdvíhaní bremena neposkytuje nárast sily.

Pokus č.2 začneme tak, že na konce kábla pripevníme silomery, na ktoré zavesíme pohyblivý blok s bremenom o hmotnosti 102 g, čo zodpovedá gravitačnej sile 1 N. Jeden z koncov zafixujeme kábel na závese a pomocou druhého konca kábla zdvihneme bremeno na pohyblivom bloku. Pred stúpaním boli hodnoty oboch dynamometrov na začiatku stúpania 0,5 N, hodnoty dynamometra, pre ktorý nastal vzostup, sa zmenili na 0,6 N a zostali tak aj na konci stúpania; hodnoty sa vrátili na 0,5 N. Hodnoty dynamometra fixovaného pre pevné zavesenie sa počas stúpania nezmenili a zostali rovné 0,5 N. Analyzujme výsledky experimentu:

1. Pred zdvíhaním, keď bremeno 1 N (102 g) visí na pohyblivom bloku, sa hmotnosť bremena rozloží na celé koleso a prenesie sa na lano, ktoré obíde blok zospodu pomocou celého polkruhu koleso.
2. Pred zdvihnutím sú údaje oboch dynamometrov 0,5 N, čo udáva rozloženie hmotnosti bremena 1 N (102 g) na dve časti lana (pred a za blokom) alebo že napínacia sila lana je 0,5 N, a je rovnaký po celej dĺžke kábla (rovnaký na začiatku, rovnaký na konci kábla) - obe tieto tvrdenia sú pravdivé.

Porovnajme analýzu experimentu č. 2 s učebnicovými verziami o získaní 2-násobného nárastu sily pomocou pohyblivého bloku. Začnime tvrdením v učebnici od Gendensteina L.E. „... že na blok pôsobia tri sily: hmotnosť bremena P smerujúca nadol a dve rovnaké ťahové sily kábla smerujúce nahor (obr. 24.5). .“ Presnejšie by bolo povedať, že hmotnosť bremena na „obr. 14,5" bol rozdelený na dve časti kábla, pred a za blokom, pretože napínacia sila kábla je jedna. Zostáva analyzovať podpis pod „obr. 181“ z učebnice A. V. Peryshkina „Kombinácia pohyblivých a pevných blokov - kladkostroj“. Popis zariadenia a prírastku sily pri zdvíhaní bremena kladkou je uvedený v Elementárnej učebnici fyziky, vyd. Lansberg G.S., kde sa hovorí: „Každý kus lana medzi blokmi bude pôsobiť na pohybujúce sa bremeno silou T a všetky kusy lana budú pôsobiť silou nT, kde n je počet samostatných častí lana spájajúcich obe časti. časti bloku“. Ukazuje sa, že ak na „obr. 181“ aplikujeme zosilnenie sily s „lanom spájajúcim obe časti“ kladky zo Základnej učebnice fyziky od G. S. Landsberga, potom popis zosilnenia sily s pohyblivým blokom. na „Obr. 179“ a podľa toho na Obr. 180“ by bola chyba.

Po analýze štyroch učebníc fyziky môžeme dospieť k záveru, že existujúci popis toho, ako jednoduchý blokový mechanizmus vytvára zosilnenie sily, nezodpovedá skutočnému stavu vecí, a preto si vyžaduje nový popis fungovania jednoduchého blokového mechanizmu.

Jednoduchý zdvíhací mechanizmus pozostáva z bloku a kábla (lana alebo reťaze).

Bloky tohto zdvíhacieho mechanizmu sú rozdelené na:

podľa návrhu na jednoduché a zložité;

podľa spôsobu zdvíhania bremien na pohyblivé a stacionárne.

Začnime sa oboznamovať s dizajnom blokov s jednoduchý blok, čo je koleso otáčajúce sa okolo svojej osi, s drážkou po obvode pre lanko (lano, reťaz) obr.1 a možno ju považovať za rovnoramennú páku, v ktorej sú ramená síl rovné polomeru koleso: OA=OB=r. Takýto blok neposkytuje zisk na sile, ale umožňuje zmeniť smer pohybu kábla (lano, reťaz).

Dvojblok pozostáva z dvoch blokov rôznych polomerov, pevne spojených dohromady a namontovaných na spoločnej osi na obr. Polomery blokov r1 a r2 sú rôzne a pri zdvíhaní bremena pôsobia ako páka s nerovnakými ramenami a prírastok sily sa bude rovnať pomeru dĺžok polomerov bloku väčšieho priemeru k blok menšieho priemeru F = Р·r1/r2.

Brána pozostáva z valca (bubnu) a k nemu pripevnenej rukoväte, ktorá pôsobí ako blok veľkého priemeru Zisk sily daný golierom je určený pomerom polomeru kružnice R opísanej rukoväťou k polomeru. valca r, na ktorom je navinuté lano F = Р r/ R.

Prejdime k metóde zdvíhania bremena pomocou blokov. Z popisu návrhu majú všetky bloky os, okolo ktorej sa otáčajú. Ak je os bloku pevná a pri zdvíhaní bremien nestúpa ani neklesá, potom sa takýto blok nazýva pevný blok jednoblok, dvojblok, brána.

U pohyblivý blok náprava stúpa a klesá spolu s bremenom (obr. 10) a je určená najmä na elimináciu ohybu lana v mieste zavesenia bremena.

Zoznámime sa so zariadením a spôsobom zdvíhania bremena druhou časťou jednoduchého zdvíhacieho mechanizmu je lano, lano alebo reťaz. Kábel je vyrobený z oceľových drôtov, lano je vyrobené z nití alebo prameňov a reťaz pozostáva z článkov spojených navzájom.

Metódy zavesenia bremena a získania sily pri zdvíhaní bremena pomocou kábla:

Na obr. 4, náklad je upevnený na jednom konci kábla a ak zdvihnete náklad za druhý koniec kábla, potom na zdvihnutie tohto nákladu budete potrebovať silu o niečo väčšiu ako hmotnosť nákladu, pretože jednoduchý blok nárastu sily nedáva F = P.

Na obr.5 je bremeno zdvíhané pracovníkom pomocou lana, ktoré obchádza jednoduchý blok zhora, na jednom konci prvej časti lana je sedadlo, na ktorom sedí pracovník a pomocou druhej časti lano sa pracovník dvíha silou 2-krát menšou ako je jeho hmotnosť, pretože váha pracovníka bola rozdelená na dve časti lana, prvá - od sedadla k bloku a druhá - od bloku k rukám pracovníka F = P/2.

Na obr.6 zdvíhajú bremeno dvaja pracovníci pomocou dvoch lán a hmotnosť bremena bude rovnomerne rozložená medzi laná a teda každý pracovník bude zdvíhať bremeno silou rovnajúcou sa polovici hmotnosti bremena F = P/ 2.

Na obr.7 pracovníci zdvíhajú bremeno, ktoré visí na dvoch častiach jedného lana a hmotnosť bremena bude rovnomerne rozložená medzi časti tohto lana (ako medzi dvoma lanami) a každý pracovník bude bremeno zdvíhať silou. rovná polovici hmotnosti nákladu F = P/2.

Na obr.8 bol koniec lana, ktorým jeden z pracovníkov zdvíhal bremeno, zaistený na stacionárnom závese a hmotnosť bremena sa rozložila na dve časti lana a keď pracovník zdvihol zaťaženie druhým koncom lana, sila, ktorou by pracovník bremeno zdvihol, bola dvojnásobná menšia ako hmotnosť bremena F = P/2 a zdvíhanie bremena bude 2x pomalšie.

Na obr.9 bremeno visí na 3 častiach jedného kábla, ktorého jeden koniec je pevný a prírastok sily pri zdvíhaní bremena bude rovný 3, keďže hmotnosť bremena bude rozložená na tri časti lana. kábel F = P/3.

Na elimináciu ohybu a zníženie trecej sily je v mieste zavesenia bremena inštalovaný jednoduchý blok a sila potrebná na zdvihnutie bremena sa nezmenila, keďže jednoduchý blok neposkytuje zisk na pevnosti (obr. 10 a obr. 11) a zavolá sa samotný blok pohyblivý blok, pretože os tohto bloku stúpa a klesá spolu s nákladom.

Teoreticky možno bremeno zavesiť na neobmedzený počet častí jedného lana, ale v praxi sú obmedzené na šesť častí a takýto zdvíhací mechanizmus je tzv. reťazový kladkostroj, ktorý pozostáva z pevných a pohyblivých klipov s jednoduché bloky, ktoré sú striedavo ovinuté okolo kábla, ktorého jeden koniec je pripevnený k pevnej spone a pomocou druhého konca kábla sa zdvíha bremeno. Prírastok pevnosti závisí od počtu častí kábla medzi pevnou a pohyblivou klietkou, spravidla je to 6 častí kábla a prírastok pevnosti je 6-násobný.

Článok skúma reálne interakcie medzi blokmi a káblom pri zdvíhaní bremena. Existujúca prax pri určovaní, že „pevný blok nezosilňuje silu, ale pohyblivý blok zvyšuje silu 2-krát“, nesprávne interpretovala interakciu kábla a bloku v zdvíhací mechanizmus a neodrážal plnú rôznorodosť blokových návrhov, čo viedlo k rozvoju jednostranných chybných predstáv o bloku. V porovnaní s existujúcimi objemami materiálu na štúdium jednoduchého blokového mechanizmu sa objem článku zväčšil 2-krát, čo však umožnilo jasne a zrozumiteľne vysvetliť procesy prebiehajúce v jednoduchom zdvíhacom mechanizme nielen študentom, ale aj učiteľom.

Literatúra:

1. Pyryshkin, A.V. Fyzika: učebnica / A.V., prídavné - M.: Drop, 224 s.,: chor. ISBN 978–5-358–14436–1. § 61. Aplikácia pravidla rovnováhy páky na blok, s. 181–183.
2. Gendenstein, L. E. Fyzika. 7. trieda. O 14.00 hod. 1. časť Učebnica pre vzdelávacie inštitúcie/ L. E. Gendenshten, A. B. Kaidalov, V. B. Koževnikov; upravil V. A. Orlová, I. I. Roizen - 2. vyd., prepracované. - M.: Mnemosyne, 2010.-254 s.: chor. ISBN 978–5-346–01453–9. § 24. Jednoduché mechanizmy, s. 188–196.
3. Elementárna učebnica fyziky, ktorú spracoval akademik G. S. Landsberg 1. zväzok. Mechanika. Teplo. Molekulárna fyzika - 10. vyd. - M.: Nauka, 1985. § 84. Jednoduché stroje, s. 168–175.
4. Gromov, S. V. Fyzika: Učebnica. pre 7. ročník. všeobecné vzdelanie inštitúcie / S. V. Gromov, N. A. Rodina - 3. vyd. - M.: Školstvo, 2001.-158 s.,: chor. ISBN-5–09–010349–6. §22. Blok, s.55 -57.

Kľúčové slová: blok, dvojitý blok, pevný blok, pohyblivý blok, kladkový blok..

Anotácia: Učebnice fyziky pre 7. ročník pri štúdiu jednoduchého blokového mechanizmu rôznym spôsobom interpretujú prírastok sily pri zdvíhaní bremena pomocou tohto mechanizmu, napr.: v učebnici A. V. Peryškina sa prírastok sily dosahuje pomocou kolesa bloku, na ktorý pôsobia sily páky a v učebnici od Gendensteina L.E. Rôzne učebnice, rôzne predmety a rôzne sily – na získanie prírastku sily pri zdvíhaní bremena. Účelom tohto článku je preto hľadanie predmetov a síl, pomocou ktorých sa získava prírastok sily pri zdvíhaní bremena jednoduchým blokovým mechanizmom.

Bloky sú klasifikované ako jednoduché mechanizmy. Do skupiny týchto zariadení slúžiacich na premenu sily patrí okrem blokov aj páka a naklonená rovina.

DEFINÍCIA

Blokovať- tuhé teleso, ktoré sa môže otáčať okolo pevnej osi.

Bloky sa vyrábajú vo forme diskov (kolesá, nízke valce atď.) Majúce drážku, cez ktorú prechádza lano (trup, lano, reťaz).

Blok s pevnou osou sa nazýva stacionárny (obr. 1). Pri zdvíhaní bremena sa nehýbe. Pevný blok si možno predstaviť ako páku, ktorá má rovnaké ramená.

Podmienkou rovnováhy kvádra je podmienka rovnováhy momentov síl, ktoré naň pôsobia:

Blok na obr. 1 bude v rovnováhe, ak budú ťahové sily závitov rovnaké:

keďže ramená týchto síl sú rovnaké (OA=OB). Stacionárny blok neposkytuje zvýšenie sily, ale umožňuje zmeniť smer sily. Ťahanie za lano, ktoré prichádza zhora, je často pohodlnejšie ako za lano, ktoré prichádza zdola.

Ak sa hmotnosť bremena priviazaného k jednému koncu lana prehodeného cez pevný blok rovná m, na jeho zdvihnutie by sa na druhý koniec lana mala aplikovať sila F rovnajúca sa:

za predpokladu, že neberieme do úvahy treciu silu v bloku. Ak je potrebné vziať do úvahy trenie v bloku, zadajte koeficient odporu (k), potom:

Ako náhrada bloku môže slúžiť hladká pevná podpera. Cez takúto podperu sa prehodí lano (lano), ktoré sa kĺže po podpere, no zároveň sa zvyšuje trecia sila.

Stacionárny blok neprináša žiadny zisk v práci. Dráhy, ktorými prechádzajú miesta pôsobenia síl, sú rovnaké, rovné sile, teda rovné práci.

Na získanie sily pomocou pevných blokov sa používa kombinácia blokov, napríklad dvojitý blok. Bloky musia mať rôzne priemery. Sú navzájom nehybne spojené a namontované na jednej osi. Ku každému bloku je pripevnené lano, ktoré sa môže omotať okolo bloku alebo z neho bez skĺznutia. Ramená síl v tomto prípade budú nerovnaké. Dvojitá kladka pôsobí ako páka s ramenami rôznych dĺžok. Obrázok 2 znázorňuje schému dvojitého bloku.

Rovnovážnou podmienkou pre páku na obr. 2 bude vzorec:

Dvojitý blok môže premieňať silu. Aplikovaním menšej sily na lano navinuté okolo bloku s veľkým polomerom sa získa sila, ktorá pôsobí zo strany lana navinutého okolo bloku s menším polomerom.

Pohyblivý blok je blok, ktorého os sa pohybuje spolu s nákladom. Na obr. 2, môže byť pohyblivý blok považovaný za páku s ramenami rôznych veľkostí. V tomto prípade je bod O osou páky. OA - rameno sily; OB - rameno sily. Pozrime sa na Obr. 3. Rameno sily je dvakrát väčšie ako rameno sily, preto pre rovnováhu je potrebné, aby veľkosť sily F bola polovičná ako veľkosť sily P:

Môžeme konštatovať, že pomocou pohyblivého bloku získame dvojnásobný nárast sily. Rovnovážny stav pohybujúceho sa bloku bez zohľadnenia trecej sily zapíšeme ako:

Ak sa pokúsime vziať do úvahy treciu silu v bloku, potom zadáme koeficient odporu bloku (k) a dostaneme:

Niekedy sa používa kombinácia pohyblivého a pevného bloku. V tejto kombinácii sa pre pohodlie používa pevný blok. Neposkytuje nárast sily, ale umožňuje vám zmeniť smer sily. Pohyblivý blok sa používa na zmenu množstva aplikovanej sily. Ak konce lana obopínajúceho blok zvierajú rovnaké uhly s horizontom, potom sa pomer sily pôsobiacej na záťaž k hmotnosti tela rovná pomeru polomeru bloku k tetive oblúka, ktorý lano obopína. Ak sú laná rovnobežné, sila potrebná na zdvihnutie bremena bude potrebná dvakrát menšia ako hmotnosť zdvíhaného bremena.

Zlaté pravidlo mechaniky

Jednoduché mechanizmy vám v práci nevyhrajú. Ako naberáme na sile, rovnako strácame na vzdialenosti. Keďže sa práca rovná skalárnemu súčinu sily a posunutia, pri použití pohyblivých (aj stacionárnych) blokov sa nemení.

Vo forme vzorca možno „zlaté pravidlo“ napísať takto:

kde je dráha, ktorú prejde bod pôsobenia sily – dráha priechodná bodom použitie sily.

Zlaté pravidlo je najjednoduchšia formulácia zákona zachovania energie. Toto pravidlo platí pre prípady rovnomerného alebo takmer rovnomerného pohybu mechanizmov. Translačné vzdialenosti koncov lán súvisia s polomermi blokov ( a ) ako:

Dostávame, že na splnenie „zlatého pravidla“ pre dvojitý blok je potrebné, aby:

Ak sú sily vyrovnané, blok je v pokoji alebo sa pohybuje rovnomerne.

Príklady riešenia problémov

PRÍKLAD 1

Cvičenie	Pomocou systému dvoch pohyblivých a dvoch pevných blokov pracovníci zdvíhajú konštrukčné trámy, pričom pôsobia silou rovnajúcou sa 200 N. Aká je hmotnosť (m) trámov? Ignorujte trenie v blokoch.
Riešenie	Urobme si kresbu. Hmotnosť bremena aplikovaného na nosný systém sa bude rovnať gravitačnej sile, ktorá pôsobí na zdvihnuté telo (nosník): Pevné bloky nedávajú žiadne výhry v sile. Každý pohybujúci sa blok zvyšuje silu dvakrát, preto v našich podmienkach získame nárast sily štyrikrát. To znamená, že môžeme napísať: Zistili sme, že hmotnosť lúča sa rovná: Vypočítajme hmotnosť lúča, akceptujeme:
Odpoveď	m = 80 kg

PRÍKLAD 2

Cvičenie	Nech výška, do ktorej robotníci zdvihnú trámy v prvom príklade, sa rovná m Akú prácu vykonávajú robotníci? Akú prácu vykoná náklad, aby sa presunul do danej výšky?
Riešenie	V súlade so „zlatým pravidlom“ mechaniky, ak pri použití existujúceho blokového systému získame štvornásobný nárast sily, strata pohybu bude tiež štvornásobná. V našom príklade to znamená, že dĺžka lana (l), ktorú by si pracovníci mali zvoliť, bude štyrikrát väčšia ako vzdialenosť, ktorú náklad prejde, teda:

Blokovať je zariadenie v tvare kolesa s drážkou, cez ktorú prechádza lano, kábel alebo reťaz. Existujú dva hlavné typy blokov - pohyblivé a pevné. Pri pevnom bloku je os pevná a pri zdvíhaní bremien sa nedvíha ani neklesá (obr. 54), zatiaľ čo pri pohyblivom bloku sa os pohybuje spolu s bremenom (obr. 55).

Stacionárny blok neposkytuje nárast sily. Používa sa na zmenu smeru sily. Takže napríklad pôsobením sily smerom dole na lano prehodené cez takýto blok prinútime záťaž stúpať nahor (pozri obr. 54). Iná situácia je pri pohyblivom bloku. Tento blok umožňuje malej sile vyrovnať silu, ktorá je 2-krát väčšia. Aby sme to dokázali, pozrime sa na obrázok 56. Pôsobením sily F sa snažíme otočiť blok okolo osi prechádzajúcej bodom O. Moment tejto sily sa rovná súčinu Fl, kde l je rameno sily F, ktoré sa rovná priemeru OB bloku. Zároveň zaťaženie pripevnené k bloku svojou hmotnosťou P vytvára moment rovný, kde je rameno sily P, rovný polomeru OA blok. Podľa momentového pravidla (21.2)

Q.E.D.

Zo vzorca (22.2) vyplýva, že P/F = 2. To znamená, že prírastok výkonu získaný pomocou pohyblivého bloku sa rovná 2. Experiment znázornený na obrázku 57 potvrdzuje tento záver.

V praxi sa často používa kombinácia pohyblivého bloku a pevného (obr. 58). To vám umožní zmeniť smer silového nárazu so súčasným dvojnásobným nárastom sily.

Na získanie väčšieho nárastu sily sa používa zdvíhací mechanizmus tzv reťazový kladkostroj. Grécke slovo „kladka“ je vytvorené z dvoch koreňov: „poly“ - veľa a „spao“ - ťah, takže vo všeobecnosti sa ukazuje ako „veľa ťahov“.

Kladka je kombináciou dvoch klietok, z ktorých jedna pozostáva z troch pevných blokov a druhá z troch pohyblivých blokov (obr. 59). Pretože každý z pohyblivých blokov zdvojnásobuje trakčnú silu, kladka vo všeobecnosti poskytuje šesťnásobné zvýšenie sily.

1. Aké dva typy blokov poznáte? 2. Aký je rozdiel medzi pohyblivým blokom a pevným? 3. Na aký účel sa používa pevný blok? 4. Na čo slúži pohyblivý blok? 5. Čo je to reťazový kladkostroj? Aký nárast sily poskytuje?