Prečo pákový efekt získava silu. Naklonená rovina. Zlaté pravidlo mechaniky. II. Programovaný prehľad z predchádzajúceho materiálu

Tieto dve hodiny sa uskutočnili v učebnici S.V. Gromova, N.A. Stupeň fyziky vlasti 7. M. Enlightenment 2000

Zvláštnosťou hodín je, že používajú programovanú technológiu prieskumu pre triedy s menej ako 15 ľuďmi. Táto technológia spočíva v ponúknutí niekoľkých odpovedí na otázku. Vďaka tomu je možné súčasne opakovať predchádzajúci materiál, vyzdvihnúť hlavnú vec v téme a riadiť asimiláciu materiálu všetkými študentmi v triede. Ako ukazuje prax, prieskum celej triedy netrvá dlhšie ako 17 minút. Pre mladých učiteľov bude dôležitým okamihom rýchly rozvoj zručností na určovanie úrovne vzdelávania študentov. Následná kontrola a nezávislá práca vždy potvrdzujú známky získané študentmi počas programovaného prieskumu.

Celý prieskum sa koná ústne. Deti ukazujú odpovede na kartách alebo na prstoch, čo vyžaduje, aby počet odpovedí neprekročil päť. Výsledky prieskumu sa okamžite zobrazia na tabuli vo forme plusy, mínusy a nuly (existuje možnosť odmietnuť odpoveď). Táto forma prieskumu umožňuje zmierniť napätie počas prieskumu, vykonávať ho nestranne, verejne a zároveň psychologicky pripraviť študenta na testy.

Programovaný prieskum má mnoho nedostatkov. Na ich zrušenie je potrebné ich inteligentne striedať s inými formami kontroly znalostí.

Lekcia číslo 1. Blokov.

Účel lekcie: naučiť deti nájsť silu získanú pomocou systému blokov.

vybavenie:   bloky, vlákna, statívy, dynamometre.

Postup hodiny:

1. Organizačný moment

II. Nový materiál:

Učiteľ navrhuje problematickú otázku:

V knihe Daniela Defoe hovorí „Robinson Crusoe“ o človeku, ktorý prišiel na neobývaný ostrov a dokázal prežiť v drsných podmienkach. Hovorí nám, že akonáhle sa Robinson Crusoe rozhodol postaviť loď, ktorá bude plávať z ostrova. Postavil však loď ďaleko od vody. A loď bola veľmi ťažká, aby sa dala zdvihnúť. Predstavme si, ako by ste dopravili ťažkú \u200b\u200bloď (povedzme 1 t. Hmotnosť) do vody (vo vzdialenosti 1 km).

Študentské rozhodnutia sú stručne napísané na tabuli.

Zvyčajne navrhujú kopať kanál a pohybovať loďou pomocou páky. Samotná práca však hovorí, že Robinson Crusoe začal kopať kanál, ale vypočítal, že na dokončenie bude potrebovať celý život. A ak budete počítať, páka bude taká silná, že na jej držanie v rukách nemáte dostatok sily.

Ak vám niekto ponúkne navijak, použite reťazový kladkostroj, klátiky alebo brány. Nechajte tento študent povedať, aký je to mechanizmus a prečo je to potrebné.

Po príbehu začnú študovať nový materiál. Ak žiaden zo študentov neponúka riešenie, učiteľ si to povie.

Bloky sa dodávajú v dvoch formách:

pozri obrázok 54 (s. 55)

Pozri obrázok 55 (s. 55)

Pevný blok nedáva zosilnenie. Mení iba smer pôsobenia sily. A mobilná jednotka dá silu dvakrát. Uvidíme podrobnejšie:

(Čítací materiál, § 22, odvodenie vzorca F \u003d P / 2;)

Aby sa skombinovala činnosť niekoľkých blokov, používa sa zariadenie nazývané reťazový kladkostroj (z gréckeho poly - "veľa" spao - "pull").

Ak chcete zdvihnúť spodný blok, musíte vytiahnuť dve laná, to znamená stratu vo vzdialenosti 2-krát, preto zisk v pevnosti tohto kladkostroja je 2.

Ak chcete zdvihnúť spodný blok, musíte zredukovať 6 lán, a preto zisk sily tohto kladkostroja je 6

III. Zapínanie nového materiálu.

Prieskum odbornej prípravy:

1. Koľko lán je vyrezaných na obrázku?

1. jeden,
2. štyri
3. päť,
4. six,
5. Ďalšia odpoveď.

2. Chlapec môže zdvihnúť 20 kg. A musíte zvýšiť 100. Koľko blokov potrebuje na výrobu kladkostroja?

1. štyri
2. päť,
3. eight,
4. ten,
5. Ďalšia odpoveď.

3. Je podľa vášho názoru možné získať nepárny počet síl pomocou blokov, napríklad trikrát alebo päťkrát?

Odpoveď: Áno, na to je potrebné, aby lano trikrát spojilo bremeno s horným blokom. Približné riešenie na obrázku:

III.1. Riešenie problému 71.

III.2. Riešenie problému Robinson Crusoe.

Na presun lode stačilo zhromaždiť reťazový kladkostroj alebo navijak (mechanizmus, ktorý budeme študovať v ďalšej lekcii).

Maďarský fanúšik Daniel Defoe dokonca takýto experiment uskutočnil. Jedna osoba premiestnila betónovú dosku so 100 m domácou vyrezávanou kladkou.

III.3. Praktická práca:

Na zostavenie z blokov a závitov najskôr pevný blok, potom pohyblivý blok a jednoduchý blok kladky. Zmerajte prírastok sily vo všetkých troch prípadoch pomocou dynamometra.

IV. Záverečná časť

Zhrnutie lekcie, vysvetlenie domácich úloh

Domáce úlohy: § 22; úloha 72

Lekcia číslo 2. Gate. Navijak.

Ciele lekcie: Zvážiť zostávajúce jednoduché mechanizmy - navijak, navijak a naklonenú rovinu; zoznámiť sa s metódami zisťovania zisku sily získanej navijakom a naklonenou rovinou.

Výbava: model brány, veľká skrutka alebo skrutka, pravítko.

Postup hodiny:

I. Organizačný okamih

II. Programovaný prieskum k predchádzajúcemu materiálu:

1. Ktorý blok nezískava silu?

1. mobile,
2. pevná,
3. Nie.

2. Je možné použiť bloky na získanie 3-násobného nárastu sily?

3. Koľko lán je vyrezaných na obrázku?

1. jeden,
2. štyri
3. päť,
4. six,
5. Ďalšia odpoveď.

4. Chlapec môže zdvihnúť 25 kg. A musíte zvýšiť 100. Koľko blokov potrebuje na výrobu kladkostroja?

1. štyri
2. päť,
3. eight,
4. ten,
5. Ďalšia odpoveď.

5. Tesár, ktorý opravoval rámy, nemohol nájsť silné lano. Chytil šnúru, ktorá vydrží pevnosť v ťahu 70 kg. Samotný stolár vážil 70 kg a kôš, v ktorom vstával, bol 30 kg. Potom vzal a zostavil mechanizmus znázornený na obrázku 1. Odolá to lano?

6. Po práci sa stolár pripravil na večeru a lano pripevnil k rámu, aby uvoľnil ruky, ako je to znázornené na obrázku 2. Odolá to lano?

III. Nový materiál:

Písanie výrazov do poznámkového bloku.

Brána sa skladá z valca a k nemu pripojenej rukoväte (znázornite model brány). Najčastejšie sa používa na čerpanie vody zo studní (Obr. 60, s. 57).

Navijak - kombinácia brány s prevodmi rôznych priemerov. Toto je pokročilejší mechanizmus. Pri jeho používaní môžete dosiahnuť najväčšiu silu.

Slovo učiteľa. Legenda Archimedovcov.

Raz Archimedes prišiel do mesta, kde miestny tyran počul o zázrakoch, ktoré vykonal veľký mechanik. Požiadal Archimedesa, aby preukázal zázrak. "Dobre," povedal Archimedes, "ale nech mi kováči pomôžu." Rozkázal o dva dni neskôr, keď bolo auto pripravené, pred ohromenou verejnosťou sám Archimedes, ktorý sedel na piesku a lenivo otočil rukoväť, vytiahol z vody loď, ktorú sotva ťahalo 300 ľudí. Teraz si historici myslia, že vtedy bol navijak prvýkrát použitý. Faktom je, že pri použití reťazového kladkostroja pôsobia účinky jednotlivých blokov a aby sa dosiahlo 300-násobné zvýšenie pevnosti, je potrebných 150 blokov. A pri použití navijaku sa akcie jednotlivých prevodových stupňov vynásobia, to znamená, že keď sú pripojené dva prevodové stupne, z ktorých jeden dáva 5-násobný prírastok výkonu a druhý 5-násobný, dosiahneme celkový zisk 25-násobok. A ak znova použijete rovnaké zariadenie, celkový zisk dosiahne 125-krát. (A nie 15, ako pri jednoduchom sčítaní).

Na vytvorenie tohto navijaka stačilo vytvoriť mechanizmus podobný zariadeniu (Obr. 61, s. 58). Pri uvedených veľkostiach poskytuje horná brána 12-násobný prírastok, systém prevodov 10-násobne a druhá brána 5-krát. Navijak poskytuje 60-násobok sily.

Naklonená rovina je jednoduchý mechanizmus, ktorý je známy mnohým z vás. Používa sa na zdvíhanie ťažkých telies, napríklad sudov v aute. Koľkokrát vyhráme v sile, keď vstávame, koľkokrát stratíme v diaľke. Napríklad môžeme valiť hlavne s hmotnosťou 50 kg. A musíte zvýšiť 300 kg na 1 meter na výšku. Ako dlho mám nastúpiť na palubu?

Vyriešime problém:

Keďže musíme vyhrať pri moci šesťkrát, strata vzdialenosti by mala byť najmenej šesťkrát. Doska by teda mala mať dĺžku najmenej 6 metrov.

Medzi príklady šikmých rovín patria matice a skrutky, kliny a mnoho rezacích a bodacích nástrojov (ihla, krížik, klinec, sekáč, sekáč, nožnice, kliešte, kliešte, nôž, britva, fréza, sekera, sekáč, hoblík, kliešte, selektor). , fréza, lopata, sekačka, kosa, kosák, vidlička, atď.), pracovné telesá strojov na obrábanie pôdy (pluhy, brány, brány, krovinorezy, kultivátory, buldozéry atď.)

Zvážte napríklad tetrova hlucháňa. Jedná sa o matný klin v kladive, ktorý drží rukoväť. Tento klin rozprestiera drevené vlákna, ako lis, zatlačí rukoväť do otvoru a bezpečne ju zafixuje.

Ale čo keď nepotrebujeme nechty, aby sme odtlačili vlákna od seba. Napríklad musíte zatĺcť klinec do tenkej dosky. Ak tam kladíte pravidelný klinec, jednoducho to praskne. Preto tesári zámerne tupé klince a kladivo už tupé. Potom nechty iba drvia drevené vlákna pred sebou, ale netlačia ich ako klin.

V antických storočiach sa na vojenské účely používalo veľa jednoduchých mechanizmov. Sú to balisty a katapulty (obrázok 62, 63). Ako si myslíte, že fungujú?

Odpovede študentov sú diskutované celou triedou.

Obzvlášť veľké množstvo vynálezov sa stalo slávnymi Archimedes. (Ak existuje voľný čas, učiteľ hovorí o vynálezoch Archimeda).

IV. Pripnúť nový materiál

Praktická práca:

1) Vezmite veľkú skrutku alebo skrutku a na meranie obvodu hlavy použite milimetrové pravítko. Za týmto účelom pripevnite hlavu skrutky k dielikom milimetrovej čiary a otáčajte ju pozdĺž dielikov.

Obvod hlavy skrutky l  \u003d 2R \u003d ... mm

2) Teraz odmerajte kompas a milimetrové pravítko a pomocou nich zmerajte vzdialenosť medzi dvoma susednými výčnelkami závitu skrutky. Táto vzdialenosť sa nazýva rozstup alebo zdvih skrutky.

Rozstup skrutiek h \u003d ... mm

3) Teraz rozdelte obvod hlavy rozstupom skrutky a pomocou tejto skrutky zistíte, koľkokrát získame silu.

V. Dodatočná úloha: Zdviháky „Wacky“.

Pokúste sa uhádnuť, koľkokrát získame silu pomocou nasledujúcich blokových systémov.

Na vyriešenie druhého a tretieho problému nestačí odpovedať na otázku „Koľko kusov lana sa zníži, ak ho vytiahnete úplne?“ Úlohy vyžadujú neštandardný prístup. Napríklad vyriešime druhý problém. Nechajte osobu ťahať silou 10 N. Táto sila je vyvážená napnutím lana 2. To znamená, že ťažná sila na druhom lane je 20 N. Ale je vyvážená ťahom lana 3. Preto je ťažná sila na treťom lane 40 N. A na štvrtom lane je 80 N. Preto je zisk 8-krát.

Bibliografický opis:  Shumeiko A.V., Vetashenko O.G. Moderný pohľad na jednoduchý „blokový“ mechanizmus študovaný v učebniciach fyziky pre stupeň 7 // Mladý vedec. - 2016. - č. 2. - S. 106-113, 07.07.2019).

  Učebnice fyziky pre 7. stupeň pri štúdiu jednoduchého blokového mechanizmu rozdielne interpretujú zisk v sila pri zdvíhaní nákladu pomocou pomocou tohto mechanizmu, napríklad: v učebnica Pyoryshkina A. B. výhry v roku 2006 pevnosť sa dosiahne pomocou - s použitím kolesa bloku, na ktorý pôsobia sily páky, a - v učebnici Gendenstein L. E. Rovnaký zisk sa získa pomocou pomocou kábla, na ktorý pôsobí ťahová sila kábla. Rôzne učebnice, rôzne predmety a rôzne sily - získať výhru v sila pri zdvíhaní bremena. Účelom tohto článku je preto hľadať objekty a sily s o ktorú zisk v roku 2006 sila pri zdvíhaní bremena pomocou jednoduchého blokovacieho mechanizmu.

Kľúčové slová:

Najprv sa oboznámime a porovnáme, ako sa získa sila získaním zdvíhania bremena jednoduchým blokovým mechanizmom v učebniciach fyziky pre stupeň 7, preto do tabuľky umiestnime výňatky z učebníc s rovnakými koncepciami.

Fyzika Pyoryshkin A. V. 7. ročník. § 61. Uplatnenie pravidla vyváženia páky na blok, s. 180 - 183.	Gendenstein L.E. Physics. 7. ročník. § 24. Jednoduché mechanizmy, s. 188–196.
"Block  Je to koleso s drážkou, opevnené v klietke. Lanom, lanom alebo reťazou prechádza priekopa bloku. "Opravený bloknazývajú taký blok, ktorého os je pevná a pri zdvíhaní tovaru nezvyšuje ani neklesá (obr. 177). Pevný blok sa môže považovať za páku s rovnakým ramenom, v ktorej sú sily síl rovné polomeru kolesa (obr. 178): ОА \u003d ОВ \u003d r. Takýto blok neposkytuje zisk. (F1 \u003d F2), ale umožňuje zmeniť smer sily. "	„Poskytuje pevný blok zvýšenie sily? ... na obrázku 24.1a je kábel ťahaný silou, ktorú vynakladá rybár na voľný koniec kábla. Napínacia sila lana zostáva konštantná pozdĺž lana, takže zo strany lana k záťaži (ryby) ) pôsobí rovnaká modulová sila. V dôsledku toho pevný blok nedáva zosilnenie sily. 6.Ako použiť pevný blok na získanie sily? Ak niekto vychováva sámako je znázornené na obr. 24.6, potom je hmotnosť osoby rozložená rovnomerne na dve časti kábla (na protiľahlých stranách bloku). Preto sa človek zdvihne použitím sily, ktorá má polovičnú váhu. “
„Pohyblivý blok je blok, ktorého os sa zdvíha a klesá so zaťažením (Obr. 179). Obrázok 180 zobrazuje zodpovedajúcu páku: O je stredová časť páky, AO je rameno sily P a OB je rameno sily F. Keďže rameno OV je dvakrát väčšie ako rameno OA, potom sila F je dvakrát menšia ako sila P: F \u003d P / 2. Týmto spôsobom mobilná jednotka dáva zisk vsila 2 krát ".	"5. Prečo mobilný blok prináša zisk?sila vdvakrát? Po rovnomernom zdvíhaní nákladu sa pohyblivá jednotka pohybuje rovnako rovnomerne. Výsledok všetkých síl, ktoré naň pôsobia, je teda nula. Ak je možné zanedbať hmotnosť bloku a trenie v ňom, môžeme predpokladať, že na blok pôsobia tri sily: hmotnosť bremena P smerujúca nadol a dve rovnaké sily ťahu F kábla hore. Pretože výsledkom týchto síl je nula, potom P \u003d 2F, t.j. hmotnosť nákladu je dvakrát väčšia ako ťažná sila lana.  Sila ťahu lana je ale presne sila, ktorá sa vyvíja pri zdvíhaní bremena pomocou pohyblivého bloku. Tak sme to dokázali že mobilná jednotka získa zisk v sila 2 krát ".
„Zvyčajne sa používa kombinácia pevného bloku s pohyblivým blokom (Obr. 181). Pevná jednotka slúži iba na zjednodušenie. Neposkytuje nárast sily, ale mení smer sily, napríklad umožňuje zdvíhanie bremena stojaceho na zemi. Obr. 181. Kombinácia pohyblivých a pevných blokov - polyspast. "	"12. Obrázok 24.7 zobrazuje systém bloky. Koľko pohyblivých blokov je a koľko stojí? Aký je prírastok energie daný takýmto systémom blokov, ak trením a je možné zanedbať množstvo blokov? “ Obrázok 24.7. Odpovedať na strane 240: „12. Tri mobilné jednotky a jedna nehybne; 8 krát. “

Zhrnutie zoznámenia a porovnania textov a obrázkov v učebniciach:

Dôkaz o získaní sily v učebnici A. Poryshkina sa vykonáva na blokovom kolese a akčnou silou je sila páky; pri zdvíhaní bremena pevný blok nedáva zvýšenie pevnosti a pohyblivý blok zvyšuje pevnosť dvakrát. Nie je tu zmienka o kábli, na ktorom je náklad zavesený na pevnej jednotke a pohyblivej jednotke s nákladom.

Na druhej strane, v učebnici L.E. Gendenshteina sa preukazuje zvýšenie pevnosti na lane, na ktorom visí bremeno alebo pohyblivá jednotka s bremenom a pôsobiaca sila je sila ťahu lana; pri zdvíhaní bremena môže pevný blok poskytnúť dvojnásobný nárast sily, ale nespomína sa páka na blokovacom kolese.

Vyhľadávanie literatúry s popisom získania sily v blokoch a kábloch viedlo k „Elementárnej učebnici fyziky“ vydanej akademikom G. S. Landsbergom v §84. Jednoduchým strojom na stranách 168 - 175 je uvedený popis: „jednoduchý blok, dvojitý blok, brána, kladka a diferenciálny blok.“ Vo svojej konštrukcii „dvojitý blok poskytuje zvýšenie pevnosti pri zdvíhaní bremena v dôsledku rozdielu v dĺžke polomerov blokov“, s ktorým je bremeno zdvíhané, a „reťazový kladkostroj zvyšuje zisk pri zdvíhaní bremena v dôsledku lana. , na niekoľkých častiach, na ktorých visí náklad. “ Bolo teda možné zistiť, prečo sa pri zdvíhaní bremena získa osobitne sila a blok (lano), ale nebolo možné zistiť, ako blok a lanko vzájomne pôsobia a prenášať hmotnosť nákladu na seba, pretože bremeno sa môže zavesiť na lane. , a kábel sa hodí 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 nákladu lanom do bloku bude v každom bode kontaktu medzi lanom a blokom, ako aj prenos hmotnosti zaťaženia zaveseného na blok na lano. Na objasnenie interakcie jednotky s káblom vykonáme experimenty na získanie energie v mobilnej jednotke pri zdvíhaní bremena pomocou zariadenia školskej fyziky: dynamometre, laboratórne bloky a sadu záťaží v 1N (102 g). Experimenty začíname s mobilnou jednotkou, pretože máme tri rôzne verzie získavania energie pri výkone tejto jednotky. Prvá verzia je „Obr. 180. Mobilná jednotka ako páka s nerovnakými ramenami “- učebnica A. Poryshkiny, druhá„ Obr. 24.5 ... dve rovnaké sily ťahu kábla F “- podľa učebnice L. Hendensteina a nakoniec tretia„ Obr. 145. Polyspast “ , Zdvíhanie bremena pohyblivou klietkou reťazového kladkostroja na niekoľko častí jedného lana - podľa učebnice G. Landsberga G.

Skúsenosti č. 1. „Obr. 183“

Na vykonanie experimentu č. 1 získaním sily v pohyblivom bloku pomocou „páky s nerovnakými ramenami OAB, obr. 180“ podľa učebnice A. Poryshkina, na mobilnom bloku „Obr. 183“, poloha 1, nakreslite páku s nerovnakými ramenami OAV, as na „Obr. 180“ a začnite zdvíhať bremeno z polohy 1 do polohy 2. V tomto okamihu sa jednotka začne otáčať proti smeru hodinových ručičiek okolo svojej osi v bode A a bode B - koniec páky, za ktorou zdvíhač zdvíha za polkruhom, pozdĺž ktorého sa kábel zdola ohýba okolo pohyblivého bloku. Bod O - bod podpory páky, ktorá musí byť pevná, klesá, pozri „Obr. 183“ - poloha 2, to znamená, že páka s nerovnakými ramenami sa OAB mení ako páka s rovnakými ramenami (rovnaké dráhy prechádzajú bodmi O a B).

Na základe údajov získaných v experimente č. 1 o zmenách polohy páky OAB na pohyblivom bloku pri zdvíhaní tovaru z polohy 1 do polohy 2 môžeme dospieť k záveru, že znázornenie pohyblivého bloku ako páky s nerovnakými ramenami v stĺpci „Obr. 180“ pri zdvíhaní zaťaženie, s otáčaním bloku okolo jeho osi, zodpovedá páke s rovnakými ramenami, ktorá pri zdvíhaní bremena nezvyšuje pevnosť.

Experiment č. 2 začneme experimentom upevnením dynamometrov na konce kábla, na ktoré zavesíme pohyblivú jednotku s hmotnosťou 102 g, čo zodpovedá gravitácii 1 N. Jeden z koncov kábla bude pripevnený k zaveseniu a na druhý koniec kábla nadvihneme zaťaženie mobilnej jednotky. Pred zdvíhaním sa hodnoty oboch dynamometrov pri 0,5 N, na začiatku zdvíhania hodnôt dynamometra, pre ktoré sa zdvíhanie uskutočňuje, zmenili na 0,6 N a zostali tak počas zdvíhania, na konci zdvíhania sa hodnoty vrátili na 0,5 N. Odčítané hodnoty dynamometra boli pevné pre fixnú suspenziu sa nezvýšila počas výstupu a zostala rovná 0,5 N. Analyzujme výsledky experimentu:

1. Pred zdvíhaním, keď bremeno 1 N (102 g) visí na pohyblivom bloku, sa hmotnosť bremena rozdelí na celé koleso a prenáša sa na kábel, ktorý blok obklopuje zdola, s celým polkruhom kolesa.
2. Pred zdvíhaním hodnôt oboch dynamometrov pri 0,5 N, čo naznačuje rozdelenie zaťažovacej hmotnosti 1 N (102 g) na dve časti kábla (pred a za blokom), alebo či je napínacia sila kábla 0,5 N a to isté po celej dĺžke kábla (ktorý je na začiatku rovnaký na konci kábla) - obidve tieto tvrdenia sú pravdivé.

Porovnajme analýzu skúseností č. 2 s verziami učebníc o získaní sily dvakrát s pohyblivým blokom. Začnime tvrdením v učebnici Gendensteina L.E. „... že na blok pôsobia tri sily: hmotnosť bremena P smerujúca nadol a dve rovnaké sily ťahu lana smerujúce nahor (Obr. 24.5).“ Vyhlásenie, že hmotnosť nákladu v „Obr. 14,5 ”bol rozdelený do dvoch častí kábla, pred a za blokom, pretože ťahová sila kábla je jedna. Zostáva analyzovať podpis pre „Obr. 181“ z učebnice A. V. Poryshkina „Kombinácia pohyblivých a pevných blokov - kladkostroj“. Opis zariadenia a získania sily pri zdvíhaní bremena pomocou kladkostroja je uvedený v publikácii Elementary Physics Textbook, ed. G. Lansberg, kde sa hovorí: „Každý kus lana medzi blokmi bude pôsobiť na pohybujúce sa zaťaženie silou T a všetky kusy lana pôsobia silou nT, kde n je počet samostatných častí lana spájajúcich obe časti bloku.“ Ukazuje sa, že ak použijeme zosilnenie sily na „obr. 181“ pomocou „lana spájajúceho obe časti“ kladkostroja z Učebnice elementárnej fyziky G.S. Landsberga, potom opis zosilnenia pevnosti v pohyblivom bloku v „obr. 179 a obr. 180 “je chyba.

Po analýze štyroch učebníc fyziky môžeme dospieť k záveru, že existujúci popis získania sily pomocou jednoduchého blokového mechanizmu nezodpovedá skutočnej situácii, a preto si vyžaduje nový opis činnosti jednoduchého blokového mechanizmu.

Jednoduché zdvíhacie zariadenie  pozostáva z bloku a lana (lano alebo reťaz).

Bloky tohto zdvíhacieho mechanizmu sú rozdelené na:

konštrukčne jednoduché a zložité;

spôsobom zdvíhania bremena pri pohybe a státí.

Znalosť konštrukcie blokov sa začína jednoduchý blok, čo je koleso otáčajúce sa okolo svojej osi, s drážkou okolo obvodu pre lano (lano, reťaz) Obr. 1 a môže sa považovať za rovnaké rameno, v ktorom sú sily síl rovné polomeru kolesa: ОА \u003d ОВ \u003d r. Takáto jednotka nezvyšuje pevnosť, ale umožňuje zmeniť smer pohybu lana (lano, reťaz).

Dvojitý blok  pozostáva z dvoch blokov s rôznymi polomermi, pevne spojených dohromady a namontovaných na spoločnej osi podľa obr. Polomery blokov r1 a r2 sa líšia a pri zdvíhaní bremena pôsobia ako páka s nerovnakými ramenami a zisk v pevnosti sa bude rovnať pomeru dĺžok polomerov bloku s väčším priemerom k bloku s menším priemerom F \u003d P1 / r2.

brána pozostáva z valca (bubna) a držadla pripojeného k nemu, ktorý pôsobí ako blok s veľkým priemerom. Zosilnenie dané golierom je určené pomerom polomeru kruhu R opísaného držadlom k polomeru valca r, na ktorý je lano navinuté F \u003d P · r / R.

Poďme na spôsob zdvíhania bremien v blokoch. Z opisu konštrukcie majú všetky bloky os, okolo ktorej sa otáčajú. Ak je os bloku pevná a keď sa zdvíhací tovar zdvíha a nespadá, vyvolá sa taký blok pevný blokjednoduchý blok, dvojitý blok, brána.

v valivý blokos sa zdvíha a padá so zaťažením podľa obrázku 10 a je určená hlavne na odstránenie zalomenia kábla v mieste zavesenia nákladu.

Oboznámime sa so zariadením a spôsobom zdvíhania druhej časti jednoduchého zdvíhacieho mechanizmu - lana, lana alebo reťaze. Kábel je skrútený z oceľových drôtov, lano je skrútené zo závitov alebo prameňov a reťaz pozostáva z prepojených článkov.

Spôsoby pozastavenia nákladu a zisku pri zdvíhaní nákladu pomocou lana:

Na obr. 4 je záťaž upevnená na jednom konci lana a ak zdvihnete záťaž na druhom konci lana, potom zdvíhanie tohto bremena bude vyžadovať silu o niečo väčšiu, ako je hmotnosť nákladu, pretože platná jednoduchá jednotka zosilnenia nedáva F \u003d P.

Na obr. 5 sa pracovník zdvíha pomocou lana, ktoré sa ohýba okolo jednoduchého bloku, sedadlo, na ktorom pracovník sedí, je pripevnené na jednom konci prvej časti lana a pracovník sa zdvíha pre druhú časť lana silou 2-krát menšou ako je jeho hmotnosť, pretože hmotnosť pracovníka bola rozdelená na dve časti lana, prvá zo sedadla do bloku a druhá z bloku do rúk pracovníka F \u003d P / 2.

Na obrázku 6 dvaja pracovníci zdvihnú bremeno dvoma káblami a hmotnosť bremena sa rovnomerne rozdelí medzi káble, a preto každý pracovník zdvíha bremeno polovicou hmotnosti bremena F \u003d P / 2.

Na obrázku 7 pracovníci zdvíhajú bremeno, ktoré visí na dvoch častiach jedného lana, a hmotnosť bremena je rovnomerne rozdelená medzi časti tohto lana (medzi dva laná) a každý pracovník zdvíha bremeno silou rovnajúcou sa polovici hmotnosti bremena F \u003d P / 2.

Na obr. 8 bol koniec lana, pre ktorý jeden z pracovníkov zdvihol bremeno, pripevnený k pevnému zaveseniu a hmotnosť bremena bola rozdelená do dvoch častí lana a keď pracovník zdvihol bremeno, druhý koniec lana sa zdvojnásobil, sila, s ktorou pracovník zdvíha bremeno menšia hmotnosť F \u003d P / 2 a zaťaženie bude 2-krát pomalšie.

Na obr. 9 je bremeno zavesené na 3 častiach jedného lana, ktorého jeden koniec je pevný a zisk pri pevnosti pri zdvíhaní bremena bude 3, pretože hmotnosť bremena sa rozdelí na tri časti lana F \u003d P / 3.

Na elimináciu zlomu a zníženie trecej sily je v mieste zavesenia zaťaženia nainštalovaný jednoduchý blok a sila potrebná na zdvihnutie bremena sa nezmenila, pretože jednoduchý blok nedáva zosilnenie sily z obr. 10 a obr. 11 a samotný blok sa bude nazývať pohyblivý blok, pretože os tohto bloku stúpa a klesá so zaťažením.

Teoreticky môže byť záťaž zavesená na neobmedzenom počte častí jedného lana, ale sú prakticky obmedzené na šesť častí, a taký zdvíhací mechanizmus sa nazýva kladka, ktorý pozostáva z pevného a pohyblivého držiaka s jednoduchými blokmi, ktoré sú striedavo ohnuté okolo lana, pripevnené na jednom konci k pevnému držiaku, a záťaž je zdvihnutá na druhom konci lana. Zvýšenie pevnosti závisí od počtu častí kábla medzi pevnými a pohyblivými sponami, spravidla ide o 6 častí kábla a zvýšenie výkonu je šesťkrát.

Článok pojednáva o reálnych interakciách medzi blokmi a lanom pri zdvíhaní bremena. Existujúca prax pri určovaní, že „pevný blok nedáva zvýšenie pevnosti a pohyblivý blok zvyšuje pevnosť 2-krát“, mylne interpretovala interakciu lana a bloku v zdvíhacom mechanizme a neodrážala celú škálu návrhov blokov, čo viedlo k vývoju jednostranných chybných predstáv o blok. V porovnaní s existujúcimi objemami materiálu na štúdium jednoduchého mechanizmu bloku sa objem článku zvýšil dvakrát, ale to umožnilo jasne a zrozumiteľne vysvetliť procesy, ktoré prebiehajú v jednoduchom mechanizme na zdvíhanie bremien nielen pre študentov, ale aj pre učiteľov.

Referencie:

1. Poryshkin, A.V. Physics, 7. trieda: učebnica / A.V. Poryshkin.- 3rd ed., Additional.- M.: Drofa, 2014, - 224 s., Ill. ISBN 978-55358-14436-1. § 61. Uplatnenie pravidla vyváženia pákového efektu na blok, s. 181–183.
2. Gendenstein, L. E. Physics. 7. ročník. Po 2 hodinách, časť 1. Učebnica pre vzdelávacie inštitúcie / L. E. Gendenshten, A. B. Kaydalov, V. B. Kozhevnikov; pod redakciou V.A. Orlova, I. I. Roisen, 2. vydanie, Rev. - M .: Mnemozin, 2010.-254 s .: Ill. ISBN 978-55346-01453-9. § 24. Jednoduché mechanizmy, s. 188–196.
3. Elementary bookbook of fyzics, editoval akademik G. S. Landsberg Zväzok 1. Mechanics. Teplo. Molecular Physics, 10. vydanie, Moskva: Nauka, 1985. § 84. Simple Machines, s. 168 - 175.
4. Gromov, S. V. Physics: Bookbook. pre 7 cl. všeobecné vzdelávanie. inštitúcie / S.V. Gromov, N.A. Rodina.- 3. vydanie. - M .: Education, 2001.-158 s ,: ill. ISBN-5-09-010349-6. § 22. Block, s. 55 - 57.

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

abstrakt:   Učebnice fyziky pre 7. stupeň, pri štúdiu jednoduchého blokového mechanizmu, interpretujte prírastok sily odlišne pri zdvíhaní bremena pomocou tohto mechanizmu, napríklad: v učebnici A.V. Peryshkina sa zosilnenie dosiahne pomocou blokového kolesa, na ktoré pôsobia sily páky, a v učebnici Gendenshteina L. E. sa rovnaký zisk dosiahne pomocou lanka, na ktoré pôsobí napínacia sila lana. Rôzne učebnice, rôzne predmety a rôzne sily - na získanie sily pri zdvíhaní bremena. Účelom tohto článku je preto hľadať predmety a sily, pomocou ktorých sa získa zisk pri zdvíhaní bremena jednoduchým blokovým mechanizmom.

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

Mechanizmus   - Jedná sa o zariadenie na prevod sily (jej zvýšenie alebo zníženie).
Jednoduché mechanizmy - Toto je páka a naklonená rovina.

Páka.

páka - Jedná sa o pevné teleso, ktoré sa môže otáčať okolo pevnej osi. Na obr. 1 je znázornená páka s osou rotácie. Sily a pôsobia na konce páky (body a). Ramená týchto síl sú rovnaké, resp.

Stav rovnováhy páky je daný pravidlom momentov :, odtiaľ

Obr. 1. Páčka

Z tohto pomeru vyplýva, že páka zvyšuje pevnosť alebo vzdialenosť (v závislosti od účelu, na ktorý sa používa) toľkokrát, koľko je väčšie rameno dlhšie ako menšie.

Napríklad na zdvihnutie bremena 700 N silou 100 N je potrebné vziať páku s ramenami 7: 1 a bremeno položiť na krátke rameno. Vyhráme 7-krát pevnosť, ale stratíme toľkokrát, koľko je v diaľke: koniec dlhého ramena bude opisovať 7-krát väčší oblúk ako koniec krátkeho ramena (t. J. Zaťaženie).

Príklady páky, ktorá zvyšuje pevnosť, sú lopata, nožnice, kliešte. Pádlo pádla je páka, ktorá dáva zväčšenie vzdialenosti. A bežné váhy s pákou sú rovnaké ramená, ktoré nezískavajú zisk ani vo vzdialenosti ani v sile (inak sa dajú použiť na váženie zákazníkov).

Opravený blok.

Dôležitou formou pákového efektu je blok - koleso s odkvapom pripevnené v klietke, okolo ktorého prechádza lano. Vo väčšine úloh sa lano považuje za beztiažové nerozťahovacie vlákno.

Na obr. Obrázok 2 zobrazuje pevný blok, t.j. blok s pevnou osou rotácie (prechádzajúcou kolmo na rovinu obrázku bodom).

Na pravom konci nite v bode je pevná hmotnosť. Pripomeňme, že telesná hmotnosť je sila, s ktorou telo tlačí na podperu alebo napína zavesenie. V tomto prípade sa hmotnosť aplikuje na bod, v ktorom je záťaž pripevnená k nite.

Sila sa aplikuje na ľavý koniec závitu v bode.

Pákový efekt je rovný polomeru bloku. Váha ramien je rovnaká. To znamená, že pevný blok je rovnaké ramenné rameno, a preto neprináša zisk ani v pevnosti, ani v diaľke: po prvé, máme rovnosť a po druhé, pri pohybe bremena a nite je pohyb bodu rovný pohybu bremena.

Prečo teda potrebujeme pevný blok? Je to užitočné v tom, že vám umožňuje zmeniť smer úsilia. Spravidla sa pevná jednotka používa ako súčasť zložitejších mechanizmov.

Pohyblivá jednotka.

Na obr. 3 na obrázku pohyblivý blokktorého os sa pohybuje so zaťažením. Niť ťaháme silou, ktorá pôsobí v určitom bode a smeruje nahor. Blok sa otáča a súčasne sa tiež pohybuje smerom nahor, zdvíhajúc záťaž zavesenú na nite.

V danom časovom bode je pevný bod bodom a okolo neho sa blok otáča (tento bod by sa „valil“ bodom). Tiež hovoria, že okamžitá os otáčania bloku prechádza bodom (táto os je nasmerovaná kolmo na rovinu obrázku).

Hmotnosť bremena sa aplikuje v bode pripojenia bremena k závitu. Páka je rovnaká.

Rameno sily, s ktorou ťaháme niť, sa však ukazuje dvojnásobne: je rovnaké. V súlade s tým je podmienkou pre vyváženie záťaže rovnosť (ako vidíme na obr. 3: vektor je dvakrát kratší ako vektor).

V dôsledku toho pohyblivá jednotka poskytuje dvojnásobný zisk. V tomto prípade však stratíme to isté dvakrát vo vzdialenosti: na zvýšenie zaťaženia o jeden meter sa bod musí posunúť o dva metre (to znamená roztiahnuť dva metre vlákna).

Pri bloku na obr. 3 má jednu nevýhodu: vytiahnutie nite nahor (za bod) nie je dobrý nápad. Súhlasíte s tým, že je oveľa pohodlnejšie zatiahnuť niť nadol! Tu nám pomáha pevný blok.

Na obr. 4 zdvíhací mechanizmus, ktorý je kombináciou pohyblivej jednotky s pevnou jednotkou. Zaťaženie je zavesené na pohyblivom bloku a kábel je dodatočne odhodený cez pevný blok, čo umožňuje vytiahnutie lana smerom nadol a zdvihnutie bremena. Vonkajšia sila na kábel je opäť označená vektorom.

Toto zariadenie sa v zásade nelíši od mobilnej jednotky: získame tiež dvojnásobný nárast sily.

Naklonená rovina.

Ako vieme, je ľahšie valiť ťažký valec pozdĺž naklonených chodníkov, ako ho vertikálne nadvihnúť. Mosty sú preto mechanizmom, ktorý zvyšuje silu.

V mechanike sa takýto mechanizmus nazýva naklonená rovina. Naklonená rovina   - Jedná sa o plochý plochý povrch, ktorý sa nachádza v určitom uhle k obzoru. V tomto prípade krátko hovoria: „naklonená rovina s uhlom.“

Nájdeme silu, ktorá musí pôsobiť na hromadné zaťaženie, aby sme ho rovnomerne zdvihli pozdĺž roviny so šikmým uhlom. Táto sila je samozrejme nasmerovaná pozdĺž naklonenej roviny (obr. 5).

Vyberte os podľa obrázka. Pretože zaťaženie sa pohybuje bez zrýchlenia, sily pôsobiace na neho sú vyvážené:

Premietame na osi:

Je to taká sila, ktorá musí pôsobiť, aby sa bremeno pohybovalo nahor po naklonenej rovine.

Na rovnomerné zdvihnutie toho istého bremena vo zvislej polohe je potrebné vyvinúť silovú silu. Je vidieť, že odvtedy. Naklonená rovina skutočne zvyšuje pevnosť a čím väčší je uhol.

Široko používané odrody naklonenej roviny sú klin a skrutku.

Zlaté pravidlo mechaniky.

Jednoduchý mechanizmus môže získať silu alebo vzdialenosť, nemôže však získať prácu.

Napríklad páka s ramenným pomerom 2: 1 dáva dvojnásobný nárast sily. Na zdvihnutie bremena na menšie rameno je potrebné vyvinúť silu na väčšie rameno. Aby sa však bremeno mohlo zdvihnúť do výšky, bude musieť byť väčšie rameno znížené a dokonalá práca bude rovná:

t. j. rovnaká hodnota ako bez použitia páky.

V prípade naklonenej roviny získame pevnosť, pretože na zaťaženie aplikujeme silu menšiu ako gravitácia. Aby sme však mohli bremeno zdvihnúť do výšky nad pôvodnú polohu, musíme prejsť cestu pozdĺž naklonenej roviny. Pritom robíme prácu

to isté ako pri vertikálnom zdvíhaní bremena.

Tieto fakty sú prejavmi tzv. Zlatého pravidla mechaniky.

Zlaté pravidlo mechaniky. Žiadny z jednoduchých mechanizmov neprináša zisk v práci. Koľkokrát vyhráme v sile, koľkokrát stratíme na diaľku a naopak.

Zlaté pravidlo mechaniky nie je ničím iným než jednoduchou verziou zákona o zachovaní energie.

Účinnosť mechanizmu.

V praxi musíte rozlišovať medzi užitočnou prácou užitočné, čo sa musí urobiť pomocou mechanizmu v ideálnych podmienkach bez akýchkoľvek strát a úplnej práce plná,
  čo sa deje na ten istý účel v reálnej situácii.

Plná práca sa rovná súčtu:
  - užitočná práca;
  - práca vykonávaná proti treniu v rôznych častiach mechanizmu;
  - práca vykonávaná pohybom základných prvkov mechanizmu.

Takže pri zdvíhaní bremena pomocou páky je potrebné urobiť aj prácu na prekonaní trenia v osi páky a na pohybe páky samotnej, ktorá má určitú hmotnosť.

Plná práca je vždy užitočnejšia. Pomer užitočnej práce k úplnej sa nazýva koeficient výkonnosti (COP) mechanizmu:

=užitočné / plná.

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

Vypočítame účinnosť naklonenej roviny s uhlom v prítomnosti trenia. Koeficient trenia medzi povrchom naklonenej roviny a zaťažením je rovnaký.

Hmotnostné zaťaženie nechajte pôsobením sily z bodu do bodu do výšky rovnomerne stúpať pozdĺž naklonenej roviny (obr. 6). V opačnom smere k pohybu pôsobí sila na kĺzavé trenie na bremeno.

Nedochádza k žiadnemu zrýchleniu, preto sú sily pôsobiace na zaťaženie vyvážené:

Premietame na os X:

. (1)

Premietame na os Y:

. (2)

Okrem toho,

, (3)

Z (2) máme:

Potom od (3):

Nahradením do (1) získame:

Celková práca sa rovná súčinu sily F a dráhy, ktorú telo prechádza pozdĺž povrchu naklonenej roviny:

plný \u003d.

Užitočná práca sa samozrejme rovná:

užitočné \u003d.

Pre požadovanú účinnosť získame.

Najčastejšie sa na získanie sily používajú jednoduché mechanizmy. To znamená, že s menšou silou sa v porovnaní s ňou presunie väčšia váha. Okrem toho sa zisk nedosahuje „zadarmo“. Návratnosťou je strata vzdialenosti, to znamená, že musíte urobiť viac pohybu ako bez použitia jednoduchého mechanizmu. Ak sú však sily obmedzené, je výhodná „výmena“ vzdialenosti za silu.

Pohyblivé a pevné bloky sú niektoré z typov jednoduchých mechanizmov. Okrem toho ide o upravenú páku, ktorá je tiež jednoduchým mechanizmom.

Opravený blok neprináša silu, iba mení smer jeho aplikácie. Predstavte si, že musíte zdvihnúť ťažké bremeno po lane. Budete ho musieť vytiahnuť. Ak však používate pevný blok, budete musieť zatiahnuť dole, zatiaľ čo bremeno vzrastie. V takom prípade to bude pre vás jednoduchšie, pretože potrebná sila bude pozostávať z sily svalov a vašej hmotnosti. Bez použitia pevného bloku by bolo potrebné vyvinúť rovnakú silu, ale dosiahlo by sa to len vďaka svalovej sile.

Pevným blokom je koleso s drážkou pre lano. Koleso je pevné, môže sa otáčať okolo svojej osi, ale nemôže sa pohybovať. Konce lana (lana) visia dole, zaťaženie je pripojené k jednému a sila je aplikovaná na druhý. Ak kábel potiahnete nadol, bremeno sa zvýši.

Pretože nedochádza k nárastu sily, nedochádza k strate vzdialenosti. Pri zvyšovaní zaťaženia musí byť lano spustené v rovnakej vzdialenosti.

použitie valivý blok  dáva dvojnásobný zisk (ideálne). To znamená, že ak je hmotnosť bremena F, potom na jej zdvíhanie musíte použiť silu F / 2. Mobilná jednotka sa skladá z toho istého kolesa s káblovou drážkou. Tu je však jeden koniec kábla pripevnený a koleso je pohyblivé. Koleso sa pohybuje s bremenom.

Hmotnosť bremena je sila smerom nadol. Je vyvážená dvoma silami smerujúcimi nahor. Jeden je tvorený podperou, ku ktorej je kábel pripojený, a druhým ťahaním za kábel. Napínacia sila lana je rovnaká na oboch stranách, čo znamená, že hmotnosť bremena je medzi nimi rovnomerne rozložená. Preto je každá zo síl dvakrát menšia ako hmotnosť nákladu.

V skutočných situáciách je prírastok sily menší ako 2-násobok, pretože zdvíhacia sila je čiastočne „vynaložená“ na hmotnosť lana a bloku, ako aj na trenie.

Mobilná jednotka poskytuje takmer dvojnásobný nárast sily a spôsobuje dvojnásobnú stratu vzdialenosti. Na zdvihnutie bremena do určitej výšky h je potrebné, aby laná na každej strane bloku poklesli o túto výšku, to znamená celkom 2 hodiny.

Zvyčajne sa používajú kombinácie pevných a pohyblivých blokov - kladkostroj. Umožňujú vám získať silu a smer. Čím viac pohyblivých blokov v reťazovom kladkostroji, tým väčší je zisk.