S pomocou pevného bloku vyhrávajú. Aký je rozdiel medzi pohyblivým blokom a stacionárnym blokom? Príklady riešenia problémov
Blok pozostáva z jedného alebo viacerých kolies (valčekov) obohnaných reťazou, remeňom alebo lankom. Rovnako ako páka, aj kladka znižuje silu potrebnú na zdvihnutie bremena, ale môže tiež zmeniť smer aplikovanej sily.
Nárast sily prichádza na úkor vzdialenosti: čím menšie úsilie je potrebné na zdvihnutie bremena, tým dlhšiu vzdialenosť musí prejsť bod aplikácie tohto úsilia. Kladkový systém zvyšuje zisk pevnosti použitím viac nosných reťazí. Takéto zariadenia na úsporu energie majú veľmi široké uplatnenie – od presúvania masívnych oceľových nosníkov do výšky staveniska až po zdvíhanie vlajok.
Rovnako ako u iných jednoduché mechanizmy, vynálezcovia bloku sú neznámi. Hoci bloky mohli existovať už predtým, prvá zmienka o nich v literatúre pochádza z piateho storočia pred naším letopočtom a súvisí s používaním blokov starými Grékmi na lodiach a v divadlách.
Systémy pohyblivých blokov namontované na zavesenej koľajnici (obrázok vyššie)široko používané na montážnych linkách, pretože značne uľahčujú pohyb ťažkých dielov. Aplikovaná sila (F) sa rovná hmotnosti bremena (W) vydelenej počtom reťazí použitých na jeho podopretie (n).
Jednotlivé pevné bloky
Tento najjednoduchší typ kladky neznižuje silu potrebnú na zdvihnutie bremena, ale mení smer aplikovanej sily, ako je znázornené na obrázkoch vyššie a vpravo hore. Pevný blok na vrchnej časti stožiaru uľahčuje zdvihnutie vlajky tým, že umožňuje stiahnutie šnúry, ku ktorej je vlajka pripevnená.
Jednotlivé pohyblivé bloky
Jediná kladka, ktorá sa dá posúvať, znižuje silu potrebnú na zdvihnutie bremena na polovicu. Zníženie aplikovanej sily na polovicu však znamená, že miesto aplikácie musí prejsť dvakrát tak ďaleko. V tomto prípade sa sila rovná polovici hmotnosti (F=1/2W).
Blokové systémy
Pri použití kombinácie pevného a pohyblivého bloku je aplikovaná sila násobkom celkového počtu nosných reťazí. V tomto prípade sa sila rovná polovici hmotnosti (F=1/2W).
Náklad, zavesené vertikálne cez blok, umožňuje napnutie vodorovných elektrických vodičov.
Závesný výťah(obrázok vyššie) pozostáva z reťaze omotanej okolo jedného pohyblivého a dvoch pevných blokov. Na zdvíhanie bremena je potrebná sila, ktorá predstavuje iba polovicu jeho hmotnosti.
Kladkový kladkostroj, bežne používaný vo veľkých žeriavoch (obrázok vpravo), pozostáva zo sady pohyblivých blokov, na ktorých je zavesené bremeno, a sady stacionárnych blokov pripevnených k výložníku žeriavu. Vďaka získaniu sily z toľkých blokov môže žeriav zdvihnúť veľmi ťažké bremená, ako sú oceľové nosníky. V tomto prípade sa sila (F) rovná podielu hmotnosti bremena (W) vydelenej počtom nosných káblov (n).
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.
Najprv sa pozrime a porovnajme, ako sa získavajú prírastky na sile 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. Fyzika. 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 sú ramená síl rovné polomeru kolesa (obr. 178): OA=OB=r. Takýto blok neposkytuje nárast sily (F1 = F2), ale umožňuje vám zmeniť smer sily.“ |
"Dáva to pevný blok naberať 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 (ryba ) pôsobí sila rovnakej veľkosti. Preto stacionárny blok neposkytuje zisk na sile. 6.Ako môžete získať silu pomocou pevného bloku? Ak človek 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- ide o 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, ktoré naň pôsobia, 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. Neprináša zisk na sile, ale mení smer sily, napríklad umožňuje zdvihnúť náklad 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. Tri pohyblivé bloky a jeden 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 pôsobiacou silou 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. Peryškina, druhá "Obr. 24.5... dve rovnaké ťahové sily lana F" - podľa učebnice L. E. Gendensteina a nakoniec tretia "Obr. 145 . Pull Block" . 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 prírastku sily na pohyblivom bloku „s pákou s nerovnakými ramenami OAB obr. 180“ podľa učebnice A. V. Peryškina, na pohyblivom bloku „obr. 183“ pozíciu 1 nakreslite 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 a 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 neposkytuje nárast sily pri zdvíhaní bremena.
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 po 0,5 N; na začiatku stúpania sa hodnoty dynamometra, pre ktorý došlo k stúpaniu, zmenili na 0,6 N a zostali tak počas stúpania; 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:
- 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 zospodu blok obíde pomocou celého polkruhu koleso.
- 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. Peryškina „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 v sile 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.Zosilnenie sily dané golierom je určené pomerom polomeru kruhu R opísaného 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 obrázku 5 pracovník zdvíha bremeno pomocou lana, ktoré obíde jednoduchý blok zhora, na jednom konci prvej časti lana je sedadlo, na ktorom sedí pracovník a na druhej časti lana pracovník sa dvíha silou 2-krát menšou ako je jeho hmotnosť, pretože váha pracovníka bola rozdelená na dve časti kábla, prvá - od sedadla k bloku a druhá - od bloku k rukám pracovníka F = P/2.
Na obr.6 je bremeno zdvíhané dvoma pracovníkmi pomocou dvoch lán a hmotnosť bremena bude rovnomerne rozložená medzi laná a teda každý pracovník bude zdvíhať bremeno silou rovnajúcou sa polovičnej 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 dva laná) a každý pracovník bude bremeno dvíhať 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. Nárast 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 a pohyblivý blok zvyšuje silu 2-krát“, nesprávne interpretovala interakciu lana a bloku v zdvíhacom mechanizme a neodrážala celá škála návrhov blokov, 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:
- Pyryshkin, A.V. Fyzika, 7. ročník: učebnica / A. V. Pyryshkin. - 3. vydanie, doplnkové - M.: Drop, 2014, - 224 s.,: chorý. ISBN 978–5-358–14436–1. § 61. Aplikácia pravidla rovnováhy páky na blok, s. 181–183.
- Gendenstein, L. E. Fyzika. 7. trieda. O 14. hodine 1. časť. Učebnica pre vzdelávacie inštitúcie/ L. E. Gendenshten, A. B. Kaidalov, V. B. Koževnikov; upravil V. A. Orlová, I. I. Roizen - 2. vydanie, prepracované. - M.: Mnemosyne, 2010.-254 s.: chor. ISBN 978–5-346–01453–9. § 24. Jednoduché mechanizmy, s. 188–196.
- Elementárna učebnica fyziky, ktorú spracoval akademik G. S. Landsberg 1. zväzok. Mechanika. Teplo. Molekulárna fyzika - 10. vydanie - M.: Nauka, 1985. § 84. Jednoduché stroje, s.
- 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. sa rovnaký zisk dosiahne pomocou lanka, na ktoré pôsobí ťažná sila lana. 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.
Pohyblivý blok sa líši od stacionárneho bloku tým, že jeho os nie je pevná a môže stúpať a klesať spolu s nákladom.
Obrázok 1. Pohyblivý blok
Rovnako ako pevný blok, aj pohyblivý blok pozostáva z rovnakého kolesa s drážkou pre kábel. Jeden koniec kábla je tu však upevnený a koleso je pohyblivé. Koleso sa pohybuje s nákladom.
Ako poznamenal Archimedes, pohyblivý blok je v podstate páka a funguje na rovnakom princípe, čím zvyšuje silu v dôsledku rozdielu v ramenách.
Obrázok 2. Sily a sily v pohyblivom bloku
Pohyblivý blok sa pohybuje spolu s nákladom, ako keby ležal na lane. V tomto prípade bude oporný bod v každom okamihu v bode kontaktu bloku s lanom na jednej strane, náraz bremena bude aplikovaný do stredu bloku, kde je pripevnený k osi. , a ťažná sila bude pôsobiť v mieste kontaktu s lanom na druhej strane bloku. To znamená, že rameno telesnej hmotnosti bude polomerom bloku a rameno našej ťažnej sily bude priemer. Pravidlo momentu v tomto prípade bude vyzerať takto:
$$ mgr = F \cdot 2r \Pravá šípka F = mg/2$$
Pohyblivý blok teda poskytuje dvojnásobné zvýšenie sily.
Zvyčajne sa v praxi používa kombinácia pevného bloku a pohyblivého bloku (obr. 3). Pevný blok sa používa len pre pohodlie. Mení smer sily, čo umožňuje napríklad zdvihnúť bremeno v stoji na zemi a pohyblivý blok poskytuje zvýšenie sily.
Obrázok 3. Kombinácia pevných a pohyblivých blokov
Skúmali sme ideálne bloky, teda také, v ktorých sa nepočítalo s pôsobením trecích síl. Pre reálne bloky je potrebné zaviesť korekčné faktory. Používajú sa nasledujúce vzorce:
Pevný blok
$F = f 1/2 mg $
V týchto vzorcoch: $F$ je použitá vonkajšia sila (zvyčajne sila rúk osoby), $m$ je hmotnosť bremena, $g$ je gravitačný koeficient, $f$ je koeficient odporu v bloku (pre reťaze približne 1,05 a pre laná 1,1).
Pomocou systému pohyblivých a pevných blokov zdvihne nakladač skriňu s náradím do výšky $S_1$ = 7 m, pričom pôsobí silou $F$ = 160 N. Aká je hmotnosť krabice a koľko metrov lana bude potrebné odstrániť pri zdvíhaní nákladu? Akú prácu v dôsledku toho vykoná nakladač? Porovnajte ho s prácou vykonanou na náklade, aby ste ho presunuli. Zanedbajte trenie a hmotnosť pohybujúceho sa bloku.
$ m, S_2 , A_1 , A_2 $ - ?
Pohyblivý blok poskytuje dvojnásobný nárast sily a dvojnásobnú stratu pohybu. Stacionárny blok neposkytuje zosilnenie sily, ale mení svoj smer. Aplikovaná sila bude teda polovičnou hmotnosťou bremena: $F = 1/2P = 1/2mg$, odkiaľ zistíme hmotnosť krabice: $m=\frac(2F)(g)=\frac (2\cdot 160)(9,8)=32,65\ kg$
Pohyb bremena bude polovičný ako dĺžka zvoleného lana:
Práca vykonaná nakladačom sa rovná súčinu aplikovanej sily a pohybu bremena: $A_2=F\cdot S_2=160\cdot 14=2240\ J\ $.
Vykonané práce na náklade:
Odpoveď: Hmotnosť krabice je 32,65 kg. Dĺžka zvoleného lana je 14 m. Vykonaná práca je 2240 J a nezávisí od spôsobu zdvíhania bremena, ale len od hmotnosti bremena a výšky zdvihu.
Problém 2
Aké bremeno je možné zdvihnúť pomocou pohyblivého bloku s hmotnosťou 20 N, ak sa lano ťahá silou 154 N?
Zapíšme si momentové pravidlo pre pohybujúci sa blok: $F = f 1/2 (P+ Р_Б)$, kde $f$ je korekčný faktor pre lano.
Potom $P=2\frac(F)(f)-P_B=2\cdot \frac(154)(1,1)-20=260\ N$
Odpoveď: Hmotnosť nákladu je 260 N.
Pohyblivý blok sa líši od stacionárneho bloku tým, že jeho os nie je pevná a môže stúpať a klesať spolu s nákladom.
Obrázok 1. Pohyblivý blok
Rovnako ako pevný blok, aj pohyblivý blok pozostáva z rovnakého kolesa s drážkou pre kábel. Jeden koniec kábla je tu však upevnený a koleso je pohyblivé. Koleso sa pohybuje s nákladom.
Ako poznamenal Archimedes, pohyblivý blok je v podstate páka a funguje na rovnakom princípe, čím zvyšuje silu v dôsledku rozdielu v ramenách.
Obrázok 2. Sily a sily v pohyblivom bloku
Pohyblivý blok sa pohybuje spolu s nákladom, ako keby ležal na lane. V tomto prípade bude oporný bod v každom okamihu v bode kontaktu bloku s lanom na jednej strane, náraz bremena bude aplikovaný do stredu bloku, kde je pripevnený k osi. , a ťažná sila bude pôsobiť v mieste kontaktu s lanom na druhej strane bloku. To znamená, že rameno telesnej hmotnosti bude polomerom bloku a rameno našej ťažnej sily bude priemer. Pravidlo momentu v tomto prípade bude vyzerať takto:
$$ mgr = F \cdot 2r \Pravá šípka F = mg/2$$
Pohyblivý blok teda poskytuje dvojnásobné zvýšenie sily.
Zvyčajne sa v praxi používa kombinácia pevného bloku a pohyblivého bloku (obr. 3). Pevný blok sa používa len pre pohodlie. Mení smer sily, čo umožňuje napríklad zdvihnúť bremeno v stoji na zemi a pohyblivý blok poskytuje zvýšenie sily.
Obrázok 3. Kombinácia pevných a pohyblivých blokov
Skúmali sme ideálne bloky, teda také, v ktorých sa nepočítalo s pôsobením trecích síl. Pre reálne bloky je potrebné zaviesť korekčné faktory. Používajú sa nasledujúce vzorce:
Pevný blok
$F = f 1/2 mg $
V týchto vzorcoch: $F$ je použitá vonkajšia sila (zvyčajne sila rúk osoby), $m$ je hmotnosť bremena, $g$ je gravitačný koeficient, $f$ je koeficient odporu v bloku (pre reťaze približne 1,05 a pre laná 1,1).
Pomocou systému pohyblivých a pevných blokov zdvihne nakladač skriňu s náradím do výšky $S_1$ = 7 m, pričom pôsobí silou $F$ = 160 N. Aká je hmotnosť krabice a koľko metrov lana bude potrebné odstrániť pri zdvíhaní nákladu? Akú prácu v dôsledku toho vykoná nakladač? Porovnajte ho s prácou vykonanou na náklade, aby ste ho presunuli. Zanedbajte trenie a hmotnosť pohybujúceho sa bloku.
$ m, S_2 , A_1 , A_2 $ - ?
Pohyblivý blok poskytuje dvojnásobný nárast sily a dvojnásobnú stratu pohybu. Stacionárny blok neposkytuje zosilnenie sily, ale mení svoj smer. Aplikovaná sila bude teda polovičnou hmotnosťou bremena: $F = 1/2P = 1/2mg$, odkiaľ zistíme hmotnosť krabice: $m=\frac(2F)(g)=\frac (2\cdot 160)(9,8)=32,65\ kg$
Pohyb bremena bude polovičný ako dĺžka zvoleného lana:
Práca vykonaná nakladačom sa rovná súčinu aplikovanej sily a pohybu bremena: $A_2=F\cdot S_2=160\cdot 14=2240\ J\ $.
Vykonané práce na náklade:
Odpoveď: Hmotnosť krabice je 32,65 kg. Dĺžka zvoleného lana je 14 m. Vykonaná práca je 2240 J a nezávisí od spôsobu zdvíhania bremena, ale len od hmotnosti bremena a výšky zdvihu.
Problém 2
Aké bremeno je možné zdvihnúť pomocou pohyblivého bloku s hmotnosťou 20 N, ak sa lano ťahá silou 154 N?
Zapíšme si momentové pravidlo pre pohybujúci sa blok: $F = f 1/2 (P+ Р_Б)$, kde $f$ je korekčný faktor pre lano.
Potom $P=2\frac(F)(f)-P_B=2\cdot \frac(154)(1,1)-20=260\ N$
Odpoveď: Hmotnosť nákladu je 260 N.
Termín "blok" znamená nejaké mechanické zariadenie, čo je valec, ktorý je namontovaný na kolmej osi. Tento valec sa môže buď voľne pohybovať, alebo je naopak pevne upevnený. Zjednodušme definíciu - ak sa os otáčania valčeka pohybuje v priestore, potom je blok pohyblivý. Valček má drážku, do ktorej sa vkladá lano alebo kábel. Dokazuje to obrázok nižšie vzhľad blokovať.
Ak je valec upevnený napríklad na strope, ide o stacionárny blok. Ak sa valec pohybuje s nákladom, ide o pohyblivý blok. Vo všeobecnom zmysle je to jediný rozdiel.
Zmyslom použitia pohyblivého bloku je získať silu pri zdvíhaní alebo presúvaní bremien a fyzické telá. Pevný blok neposkytuje žiadnu výhodu, ale často výrazne zjednodušuje pohyb tela a používa sa v systémoch spolu s pohyblivým blokom.
Aplikácia pohyblivých a pevných blokov
Blokový systém sa nachádza všade. Toto a žeriavy, a rôzne zariadenia na premiestňovanie nákladu v garáži a dokonca aj hnacie remene v modernom aute. Blok sa často používa aj bez jasného pochopenia, že ide o rovnaký mechanizmus.
Určite ste sa na stavbách stretli s pohyblivými kolesami pripevnenými na horných poschodiach rozostavaného domu. Cez takéto koleso sa prehodí lano alebo reťaz a pracovník, ktorý zaisťuje vedro na prvom poschodí, ho zdvihne na horné poschodie, pričom lano posunie. Toto je jednoduchý príklad použitia pevného bloku. Ak do vedra pridáte ďalšie koleso, získate systém blokov – pohyblivé a stacionárne.
Ďalší vzácnejší príklad použitia pevného bloku. Keď človek vytiahne auto z blata tak, že omotá ťažné lano okolo kmeňa stromu. Toto sa robí pre väčšie pohodlie, pretože ťažný navijak sa ľahko zachytí za malý koniec kábla omotaného okolo hlavne. Samotný takýto blok nemá žiadny zisk a keďže sa strom neotáča okolo svojej osi, odporová sila zvyšuje zaťaženie.
Príkladov využitia týchto jednoduchých mechanizmov je okolo nás veľa.
Najznámejším zariadením, ktoré funguje na princípe blokov, je reťazový kladkostroj. Aktívne sa používa v zdvíhacie mechanizmy. Blokový systém znižuje silu a celková práca sa znižuje 4-8 krát.
Riešenie problémov s pohyblivými a pevnými blokmi
Vo fyzikálnych úlohách je často potrebné určiť, aký celkový prírastok sily sa získa použitím blokov. Žiakovi je predstavený zložitý obvod, v ktorom je za sebou zapojených niekoľko blokov rôznych typov.
Kľúč k riešeniu Takéto úlohy spočívajú v schopnosti porozumieť interakcii týchto zariadení. Každý blok sa vypočíta samostatne a potom sa pridá do celkového vzorca. Výpočtový vzorec pre celú úlohu je zostavený podľa schémy, ktorú študent nakreslil pri čítaní podmienky.
Aby sme lepšie porozumeli takýmto problémom, malo by sa to pamätať blok je druh páky. Získaná sila spôsobuje stratu vzdialenosti (v prípade pohybujúceho sa bloku).
Vzorec výpočtu je veľmi jednoduchý.
Pre pevný blok F=fmg, kde F je sila, f je koeficient odporu kvádra, m je hmotnosť bremena, g je gravitačná konštanta. Inými slovami, F je sila, ktorá musí byť použitá na zdvihnutie napríklad krabice zo zeme pomocou stacionárneho bloku. Ako vidíte, vzťah je priamy a neexistuje žiadny koeficient.
Na pohyblivý blok máme dvojnásobný zisk moci. Vzorec výpočtu je F=0,5fmg, pričom písmenové označenia sú podobné vzorcu vyššie. V súlade s tým, pri použití pohyblivého bloku, bude takáto krabica s hmotnosťou m zdvihnutá dvakrát ľahšie s blokom, než keď použijete len vlastný chrbát.
poznač si to koeficient odporu vzduchu- to je odpor, ktorý vzniká v bloku, keď sa po ňom lano pohybuje. Zvyčajne sú tieto hodnoty špecifikované vo vyhlásení o probléme alebo sú to tabuľkové hodnoty. Niekedy sa v školských problémoch tieto koeficienty úplne vynechajú a neberú sa do úvahy.
Navyše na to netreba zabúdať ak je sila aplikovaná pod uhlom, potom musíte použiť štandardnú metódu výpočtu trojuholníka síl. Ak problém hovorí, že osoba ťahá bremeno na lane, ktoré je v uhle 30 stupňov k horizontu, malo by sa to určite vziať do úvahy a uviesť na schéme výpočtu.