Un bloque es una especie de palanca, es una rueda con una ranura (Fig. 1), a través de la ranura se puede pasar una cuerda, un cable, una cuerda o una cadena.
Figura 1. forma general bloquear
Los bloques se dividen en móviles y fijos.
En el bloque fijo, el eje está fijo; al subir o bajar la carga, no sube ni baja. Denotemos el peso de la carga que levantamos, P, la fuerza aplicada, denotemos F, el punto de apoyo - O (Fig. 2).
Figura 2. bloque fijo
El brazo de la fuerza P será el segmento OA (el brazo de la fuerza el 1), brazo de fuerza F segmento OB (brazo de fuerza el 2) (Fig. 3). Estos segmentos son los radios de la rueda, luego los hombros son iguales al radio. Si los hombros son iguales, entonces el peso de la carga y la fuerza que aplicamos para levantar son numéricamente iguales.
Fig. 3. bloque fijo
Tal bloque no da una ganancia en fuerza De esto podemos concluir que es recomendable usar un bloque fijo para facilitar el levantamiento, es más fácil levantar la carga usando una fuerza hacia abajo.
Un dispositivo en el que el eje se puede subir y bajar junto con la carga. La acción es similar a la acción de una palanca (Fig. 4).
Arroz. 4. Bloque móvil
Para que este bloque funcione, un extremo de la cuerda está fijo, en el segundo extremo aplicamos fuerza F para levantar una carga de peso P, la carga está unida al punto A. El fulcro durante la rotación será el punto O, porque en cada momento del movimiento el bloque gira y el punto O sirve como punto de apoyo (Fig.5).
Arroz. 5. Bloque en movimiento
El valor del hombro de la fuerza F es dos radios.
El valor del hombro de la fuerza P es un radio.
Los brazos de las fuerzas difieren por un factor de dos, de acuerdo con la regla de equilibrio de la palanca, las fuerzas difieren por un factor de dos. La fuerza que se necesita para levantar una carga de peso P será la mitad del peso de la carga. El bloque móvil da la ventaja en fuerza dos veces.
En la práctica, se utilizan combinaciones de bloques para cambiar la dirección de la fuerza aplicada para levantar y reducirla a la mitad (Fig. 6).
Arroz. 6. Combinación de bloques móviles y fijos
En la lección, nos familiarizamos con el dispositivo de un bloque fijo y móvil, desmontado que los bloques son variedades de palancas. Para resolver problemas sobre este tema, es necesario recordar la regla de equilibrio de la palanca: la relación de fuerzas es inversamente proporcional a la relación de los hombros de estas fuerzas.
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Tarea
- Descubra usted mismo qué es un polipasto de cadena y qué tipo de aumento de fuerza proporciona.
- ¿Dónde se utilizan los bloques fijos y móviles en la vida cotidiana?
- ¿Qué tan fácil es escalar: escalar una cuerda o escalar con un bloque fijo?
Los bloques se clasifican como mecanismos simples. Además de los bloques, el grupo de estos dispositivos, que sirven para convertir fuerzas, incluye una palanca, un plano inclinado.
DEFINICIÓN
Bloquear - sólido, que tiene la capacidad de girar alrededor de un eje fijo.
Los bloques se fabrican en forma de discos (ruedas, cilindros bajos, etc.) con una ranura por donde pasa una cuerda (torso, cuerda, cadena).
Un bloque se llama fijo, con un eje fijo (Fig. 1). No se mueve al levantar una carga. Un bloque fijo se puede considerar como una palanca que tiene el mismo apalancamiento.
La condición de equilibrio de un bloque es la condición de equilibrio de los momentos de las fuerzas que se le aplican:
El bloque de la Fig. 1 estará en equilibrio si las fuerzas de tensión de los hilos son iguales:
ya que los hombros de estas fuerzas son los mismos (OA = OB). Un bloque fijo no aumenta la fuerza, pero te permite cambiar la dirección de la fuerza. Tirar de una cuerda que viene desde arriba suele ser más cómodo que tirar de una cuerda que viene desde abajo.
Si peso de la carga, atada a uno de los extremos de la cuerda tirada sobre un bloque fijo es igual a m, entonces para levantarlo, se aplica una fuerza F igual a:
siempre que no tengamos en cuenta la fuerza de fricción en el bloque. Si es necesario tener en cuenta la fricción en el bloque, entonces se introduce el coeficiente de arrastre (k), entonces:
El bloque puede ser reemplazado por un liso soporte fijo. Se lanza una cuerda (cuerda) a través de dicho soporte, que se desliza a lo largo del soporte, pero la fuerza de fricción aumenta.
El bloque fijo no da ganancia en trabajo. Los caminos que pasan por los puntos de aplicación de las fuerzas son los mismos, las fuerzas son iguales, por tanto, el trabajo es igual.
Para obtener una ganancia en fuerza, usando bloques fijos, se usa una combinación de bloques, por ejemplo, un bloque doble. Cuando los bloques deben tener diferentes diámetros. Están conectados fijamente entre sí y montados en un solo eje. Se ata una cuerda a cada bloque para que pueda enrollarse dentro o fuera del bloque sin resbalar. Los hombros de fuerzas en este caso serán desiguales. El bloque doble actúa como una palanca con brazos de diferentes longitudes. La figura 2 muestra un diagrama de un bloque doble.
La condición de equilibrio para la palanca en la Fig. 2 se convertirá en la fórmula:
El bloque doble puede transformar la fuerza. Al aplicar una fuerza más pequeña a una cuerda enrollada alrededor de un bloque de radio grande, se obtiene una fuerza que actúa desde el lado de la cuerda enrollada sobre un bloque de radio más pequeño.
Un bloque móvil es un bloque cuyo eje se mueve junto con la carga. En la fig. 2 el bloque móvil puede considerarse como una palanca con brazos de diferentes tamaños. En este caso, el punto O es el fulcro de la palanca. OA - fuerza del hombro; OB - hombro de fuerza. Considere la Fig. 3. El brazo de la fuerza es dos veces mayor que el brazo de la fuerza, por lo tanto, para el equilibrio es necesario que la magnitud de la fuerza F sea dos veces menor que el módulo de la fuerza P:
Se puede concluir que con la ayuda de un bloque móvil, obtenemos una doble ganancia de fuerza. La condición de equilibrio del bloque en movimiento sin tener en cuenta la fuerza de fricción se puede escribir como:
Si tratamos de tener en cuenta la fuerza de fricción en el bloque, introducimos el coeficiente de resistencia del bloque (k) y obtenemos:
A veces se utiliza una combinación de un bloque móvil y uno fijo. En esta combinación, se utiliza un bloque fijo por conveniencia. No da una ganancia en fuerza, pero te permite cambiar la dirección de la fuerza. El bloque móvil se usa para cambiar la magnitud de la fuerza aplicada. Si los extremos de la cuerda que encierra el bloque forman los mismos ángulos con el horizonte, entonces la relación entre la fuerza que actúa sobre la carga y el peso del cuerpo es igual a la relación entre el radio del bloque y la cuerda del arco. que cubre la cuerda. En el caso de cuerdas paralelas, la fuerza requerida para levantar la carga será dos veces menor que el peso de la carga que se está levantando.
La regla de oro de la mecánica.
Los mecanismos simples de ganancia en el trabajo no dan. Cuanto ganamos en fuerza, cuantas veces perdemos en distancia. Dado que el trabajo es igual al producto escalar de la fuerza y el desplazamiento, no cambiará cuando se usen bloques móviles (así como fijos).
En forma de fórmula, la "regla de oro" se puede escribir de la siguiente manera:
donde - el camino que pasa por el punto de aplicación de la fuerza - el camino que pasa por el punto de aplicación de la fuerza.
regla de oro es la formulación más simple de la ley de conservación de la energía. Esta regla se aplica a los casos de uniforme o casi Movimiento uniforme mecanismos. Las distancias de traslación de los extremos de las cuerdas están relacionadas con los radios de los bloques ( y ) como:
Obtenemos que para cumplir la "regla de oro" de un doble bloque es necesario que:
Si las fuerzas y están balanceadas, entonces el bloque está en reposo o se mueve uniformemente.
Ejemplos de resolución de problemas
EJEMPLO 1
| Ejercicio | Usando un sistema de dos bloques móviles y dos fijos, los trabajadores levantan las vigas de construcción, mientras aplican una fuerza igual a 200 N. ¿Cuál es la masa (m) de las vigas? Se ignora la fricción en los bloques. |
| Solución | Hagamos un dibujo. El peso del peso aplicado al sistema de peso será igual a la fuerza gravedad, que se aplica al cuerpo levantado (viga):
Los bloques fijos no dan una ganancia en fuerza. Cada bloque móvil da una ganancia de fuerza dos veces, por lo tanto, bajo nuestras condiciones, obtenemos una ganancia de fuerza cuatro veces. Esto significa que puedes escribir:
Obtenemos que la masa de la viga es igual a: Calcule la masa de la viga, tome:
|
| Respuesta | m=80kg |
EJEMPLO 2
| Ejercicio | Sea la altura a la que los trabajadores elevan las vigas igual a m en el primer ejemplo, ¿cuál es el trabajo realizado por los trabajadores? ¿Cuál es el trabajo realizado por una carga para moverla a una altura dada? |
| Solución | De acuerdo con la "regla de oro" de la mecánica, si nosotros, utilizando el sistema de bloques existente, recibimos una ganancia de fuerza cuatro veces, entonces la pérdida de movimiento también será cuatro. En nuestro ejemplo, esto significa que la longitud de la cuerda (l) que deben elegir los trabajadores será cuatro veces mayor que la distancia que recorrerá la carga, es decir: |
Descripción del aparato
Bloque - un mecanismo simple, que es una rueda con una ranura alrededor de la circunferencia para una cuerda o cadena, capaz de girar libremente alrededor de su eje. Sin embargo, una cuerda lanzada sobre la rama de un árbol también es un bloque hasta cierto punto.
¿Por qué se necesitan bloques?
Dependiendo de su diseño, los bloques pueden permitir cambiar la dirección de la fuerza aplicada (por ejemplo, para levantar cierta carga suspendida de una cuerda lanzada sobre la rama de un árbol, es necesario tirar del otro extremo de la cuerda hacia abajo ... o al lado). Donde, este bloque no dará una ganancia en fuerza. Tales bloques se llaman inmóvil, ya que el eje de rotación del bloque está rígidamente fijo (por supuesto, si la rama no se rompe). Estos bloques se utilizan por conveniencia. Por ejemplo, al levantar una carga a una altura, es mucho más fácil tirar de la cuerda con la carga arrojada sobre el bloque. abajo , aplicando el peso de su cuerpo sobre él, que pararse en la parte superior y tirar de una carga con una cuerda hacia usted.
Además, hay bloques que permiten no solo cambiar la dirección de la fuerza aplicada, sino también ganar fuerza. Tal bloque se llama móvil y funciona exactamente al revés que el bloque en movimiento.
Para ganar fuerza, es necesario fijar firmemente un extremo de la cuerda (por ejemplo, atarlo a una rama). A continuación, se instala una rueda con una ranura en la cuerda de la que está suspendida la carga (esto debe hacerse de tal manera que la rueda con la carga pueda moverse libremente a lo largo de nuestra cuerda).Ahora, tirando hacia arriba del extremo libre de la cuerda, veremos que el bloque con la carga también comenzó a subir.
Los esfuerzos que necesitaremos para levantar la carga de esta manera serán aproximadamente 2 veces menores que el peso de la carga junto con el bloque. Desafortunadamente, este tipo de bloque no le permite cambiar la dirección de la fuerza en un amplio rango, por lo que a menudo se usa junto con un bloque fijo (rígidamente fijo).
Descripción de la experiencia
Primero, el video demuestra el principio de funcionamiento de un bloque fijo: cargas de la misma masa están suspendidas de un bloque rígidamente fijo, mientras que el bloque está en equilibrio. Pero uno solo tiene que colgar un peso extra, tan pronto como la ventaja comienza en la gran dirección.
Luego, utilizando un sistema de bloques móviles e inmóviles, tratamos de lograr un estado de equilibrio eligiendo cantidad óptima pesas suspendidas a ambos lados. Como resultado, el bloque está equilibrado cuando el número de pesas suspendidas del bloque móvil llega a ser el doble de las pesas suspendidas del extremo libre del hilo.
Así, se puede concluir que el bloque móvil da una doble ganancia en fuerza.
Esto es interesante
¿Sabes que los bloques móviles y fijos son muy utilizados en los mecanismos de transmisión de los automóviles? Además, los constructores utilizan los bloques para levantar cargas grandes y pequeñas (bueno, o ellos mismos). Por ejemplo, al reparar las fachadas externas de los edificios, los constructores suelen trabajar en una cuna que puede moverse entre los pisos. Después de completar el trabajo en un piso , los trabajadores pueden mover rápidamente la cuna un piso más arriba, usando solo su propia fuerza). Los bloques están tan extendidos debido a la facilidad de su montaje y la facilidad para trabajar con ellos.
Grado de física 7. MECANISMOS SENCILLOS
EN tecnología moderna para la transferencia de mercancías en sitios de construcción y empresas, los mecanismos de elevación son ampliamente utilizados, indispensables partes constituyentes que se puede llamarmecanismos simples. Entre ellos inventos antiguos humanidad: bloque y palanca . El antiguo científico griego Arquímedes facilitó el trabajo del hombre, otorgándole una ganancia de fuerza al utilizar su invento, y le enseñó a cambiar la dirección de la fuerza.
Un bloque es una rueda con una ranura alrededor de la circunferencia para una cuerda o cadena, cuyo eje está unido rígidamente a una pared o viga del techo. Los dispositivos de elevación generalmente usan no uno, sino varios bloques. Un sistema de bloques y cables diseñado para aumentar la capacidad de carga se llama polipasto de cadena.
Bloque móvil y fijo- los mismos antiguos mecanismos simples que la palanca. Ya en el 212 a. C., con la ayuda de ganchos y ganchos conectados a bloques, los siracusanos se apoderaron de los medios de asedio de los romanos. Arquímedes dirigió la construcción de vehículos militares y la defensa de la ciudad.
bloque fijo Arquímedes lo consideró como una palanca de brazos iguales.
El momento de la fuerza que actúa sobre un lado del bloque es igual al momento de la fuerza aplicada sobre el otro lado del bloque. Las fuerzas que crean estos momentos también son las mismas.
No hay aumento de fuerza, pero dicho bloqueo le permite cambiar la dirección de la fuerza, lo que a veces es necesario.
Arquímedes tomó el bloque móvil como una palanca desigual, dando una ganancia de fuerza de 2 veces. Los momentos de las fuerzas actúan en relación con el centro de rotación, que debe ser igual en el equilibrio.
Arquímedes estudió propiedades mecánicas mover el bloque y ponerlo en práctica. Según Ateneo, "para botar la gigantesca nave construida por el tirano siracusano Hierón, se les ocurrieron muchos métodos, pero el mecánico Arquímedes, usando mecanismos simples, solo logró mover la nave con la ayuda de unas pocas personas. A Arquímedes se le ocurrió con un bloque y a través de él lanzó una enorme nave".
El eje del cual se fija al levantar cargas, no sube y no cae. Es una rueda con una ranura alrededor de la circunferencia, girando alrededor de su eje. La canaleta está diseñada para una cuerda, cadena, correa, etc. Si el eje del bloque se coloca en clips unidos a una viga o pared, dicho bloque se llama fijo (es decir, el eje del bloque está fijo); si se adjunta una carga a estos clips y el bloque puede moverse con ellos, dicho bloque se llama móvil.
bloque fijo para levantar cargas pequeñas o para cambiar la dirección de la fuerza.
Condición de equilibrio de bloques:
F = F metro gramo (\displaystyle ~F=fmg), Dónde
F (\ estilo de visualización F)- fuerza externa aplicada, m (\ estilo de visualización m)- la masa de la carga, g (\ estilo de visualización g)- aceleración caida libre, f (\ estilo de visualización f)- coeficiente de resistencia en el bloque (para cadenas alrededor de 1.05 y para cuerdas - 1.1).
En ausencia de fricción, el levantamiento requiere una fuerza igual al peso de la carga.
Bloque móvil tiene un eje libre y está diseñado para cambiar la magnitud de las fuerzas aplicadas. Si los extremos de la cuerda que envuelve el bloque forman ángulos iguales con el horizonte, entonces la fuerza que actúa sobre la carga está relacionada con su peso, como el radio del bloque está relacionado con la cuerda del arco enrollado alrededor de la cuerda; por lo tanto, si las cuerdas son paralelas (es decir, cuando el arco encerrado por la cuerda es igual a un semicírculo), entonces se requerirá una fuerza de la mitad del peso de la carga para levantar la carga, es decir:
F = 1 2 F metro gramo (\displaystyle ~F=(1 \over (2))fmg)
En este caso, la carga recorrerá una distancia que es la mitad de la distancia recorrida por el punto de aplicación de la fuerza F, respectivamente, la ganancia en la fuerza del bloque en movimiento es 2.
De hecho, cualquier bloque es una palanca, en el caso de un bloque fijo -brazos iguales, en el caso de un bloque móvil- con una relación de hombro de 1 a 2. Como con cualquier otra palanca, la regla se cumple para el bloque. : Cuantas veces ganamos en el esfuerzo, cuantas veces perdemos en la distancia. En otras palabras, el trabajo realizado al mover una carga una cierta distancia sin usar un bloque es igual al trabajo realizado al mover una carga la misma distancia usando un bloque, siempre que no haya fricción. Siempre hay alguna pérdida en un bloque real.
También se utiliza un sistema que consiste en una combinación de varios bloques móviles y fijos. Tal sistema se llama bloque de poleas. El sistema más simple se muestra en la figura y proporciona una ganancia de potencia de 2 veces.
A diferencia de una polea, el bloque gira libremente sobre el eje y proporciona solo un cambio en la dirección del movimiento de la correa o cuerda, sin transferir fuerza del eje a la correa o de la correa al eje.
