Un bloc este un fel de pârghie, este o roată cu o canelură (Fig. 1), o frânghie, cablu, frânghie sau lanț pot fi trecute prin canelură.
Fig.1. Forma generală bloc
Blocurile sunt împărțite în mobile și fixe.
La blocul fix, axa este fixă; la ridicarea sau coborârea sarcinii, aceasta nu se ridică sau scade. Să notăm greutatea sarcinii pe care o ridicăm, P, forța aplicată, notăm F, punctul de sprijin - O (Fig. 2).
Fig.2. Bloc fix
Brațul forței P va fi segmentul OA (brațul forței l 1), braț de forță F segment OB (braț de forță l 2) (Fig. 3). Aceste segmente sunt razele roții, apoi umerii sunt egali cu raza. Dacă umerii sunt egali, atunci greutatea încărcăturii și forța pe care o aplicăm ridicării sunt egale numeric.
Fig.3. Bloc fix
Un astfel de bloc nu dă un câștig în rezistență.Din aceasta putem concluziona că este recomandabil să folosiți un bloc fix pentru ușurință de ridicare, este mai ușor să ridicați sarcina în sus folosind o forță în jos.
Un dispozitiv în care axa poate fi ridicată și coborâtă împreună cu sarcina. Acțiunea este similară cu acțiunea unei pârghii (Fig. 4).
Orez. 4. Bloc mobil
Pentru ca acest bloc să funcționeze, un capăt al frânghiei este fixat, aplicăm forța F la cel de-al doilea capăt pentru a ridica o sarcină de greutate P, sarcina este atașată la punctul A. Punctul de sprijin în timpul rotației va fi punctul O, deoarece la fiecare momentul mișcării blocul se rotește și punctul O servește drept punct de sprijin (Fig.5).
Orez. 5. Bloc de mișcare
Valoarea umărului forței F este de două raze.
Valoarea umărului forței P este o rază.
Brațele forțelor diferă cu un factor de doi, conform regulii echilibrului pârghiei, forțele diferă cu un factor de doi. Forța necesară pentru ridicarea unei sarcini cu greutatea P va fi jumătate din greutatea sarcinii. Blocul mobil oferă avantajul de rezistență de două ori.
În practică, combinațiile de blocuri sunt folosite pentru a schimba direcția forței aplicate pentru ridicare și pentru a o reduce la jumătate (Fig. 6).
Orez. 6. Combinație de blocuri mobile și fixe
La lecție, ne-am familiarizat cu dispozitivul unui bloc fix și mobil, demontat, că blocurile sunt varietăți de pârghii. Pentru a rezolva problemele pe această temă, este necesar să ne amintim regula echilibrului pârghiei: raportul forțelor este invers proporțional cu raportul umerilor acestor forțe.
- Lukashik V.I., Ivanova E.V. Culegere de sarcini la fizică pentru clasele 7-9 institutii de invatamant. - Ed. a XVII-a. - M.: Iluminismul, 2004.
- Peryshkin A.V. Fizică. 7 celule - Ed. a XIV-a, stereotip. - M.: Dropia, 2010.
- Peryshkin A.V. Culegere de probleme de fizică, clasele 7-9: ed. a V-a, stereotip. - M: Editura Exam, 2010.
- Class-fizika.narod.ru ().
- School.xvatit.com().
- scienceland.info().
Teme pentru acasă
- Aflați singur ce este un palan cu lanț și ce fel de câștig în forță oferă acesta.
- Unde sunt folosite blocurile fixe și mobile în viața de zi cu zi?
- Cât de ușor este să urci: urcați pe o frânghie sau urcați cu un bloc fix?
Blocurile sunt clasificate ca mecanisme simple. Pe lângă blocuri, grupul acestor dispozitive, care servesc la convertirea forțelor, include o pârghie, un plan înclinat.
DEFINIȚIE
bloc - solid, care are capacitatea de a se roti în jurul unei axe fixe.
Blocurile sunt realizate sub formă de discuri (roți, cilindri joase etc.) cu o canelură prin care se trece o frânghie (tors, funie, lanț).
Un bloc se numește fix, cu o axă fixă (Fig. 1). Nu se mișcă la ridicarea unei sarcini. Un bloc fix poate fi considerat ca o pârghie care are un efect de pârghie egal.
Condiția de echilibru pentru un bloc este condiția de echilibru pentru momentele forțelor aplicate acestuia:
Blocul din fig. 1 va fi în echilibru dacă forțele de tensiune ale firelor sunt egale:
întrucât umerii acestor forţe sunt aceiaşi (OA = OB). Un bloc fix nu oferă un câștig în forță, dar vă permite să schimbați direcția forței. A trage de o frânghie care vine de sus este adesea mai confortabil decât a trage de o frânghie care vine de jos.
În cazul în care un greutatea încărcăturii, legat de unul din capetele sforii aruncate peste un bloc fix este egal cu m, apoi pentru a-l ridica o forta F egala cu:
cu condiția să nu ținem cont de forța de frecare din bloc. Dacă este necesar să se ia în considerare frecarea în bloc, atunci se introduce coeficientul de rezistență (k), atunci:
Blocul poate fi înlocuit cu un neted suport fix. Printr-un astfel de suport se aruncă o frânghie (frânghie), care alunecă de-a lungul suportului, dar forța de frecare crește.
Blocul fix nu dă un câștig în muncă. Căile care trec prin punctele de aplicare a forțelor sunt aceleași, forțele sunt egale, prin urmare, munca este egală.
Pentru a obține un câștig în forță, folosind blocuri fixe, se folosește o combinație de blocuri, de exemplu, un bloc dublu. Când blocurile trebuie să aibă diametre diferite. Sunt conectate fix între ele și montate pe o singură axă. La fiecare bloc este atașată o frânghie, astfel încât să poată fi înfășurată pe sau în afara blocului fără a aluneca. Umeri de forțe în acest caz vor fi inegale. Blocul dublu acționează ca o pârghie cu brațe de diferite lungimi. Figura 2 prezintă o diagramă a unui bloc dublu.
Condiția de echilibru pentru pârghia din Fig. 2 va deveni formula:
Blocul dublu poate transforma forța. Aplicând o forță mai mică unei frânghii înfășurate în jurul unui bloc cu rază mare, se obține o forță care acționează din partea laterală a frânghiei înfășurate pe un bloc cu o rază mai mică.
Un bloc mobil este un bloc a cărui axă se mișcă împreună cu sarcina. Pe fig. 2 blocul mobil poate fi considerat ca o pârghie cu brațe de diferite dimensiuni. În acest caz, punctul O este punctul de sprijin al pârghiei. OA - puterea umerilor; OB - umărul forței. Luați în considerare fig. 3. Brațul forței este de două ori mai mare decât brațul forței, prin urmare, pentru echilibru este necesar ca mărimea forței F să fie de două ori mai mică decât modulul forței P:
Se poate concluziona că, cu ajutorul unui bloc mobil, obținem un câștig dublu în forță. Condiția de echilibru a blocului în mișcare fără a lua în considerare forța de frecare poate fi scrisă astfel:
Dacă încercăm să luăm în considerare forța de frecare în bloc, atunci introducem coeficientul de rezistență al blocului (k) și obținem:
Uneori se folosește o combinație între un bloc mobil și un bloc fix. În această combinație, un bloc fix este utilizat pentru comoditate. Nu oferă un câștig în forță, dar vă permite să schimbați direcția forței. Blocul mobil este folosit pentru a modifica mărimea forței aplicate. Dacă capetele frânghiei care înconjoară blocul formează aceleași unghiuri cu orizontul, atunci raportul dintre forța care acționează asupra sarcinii și greutatea corpului este egal cu raportul dintre raza blocului și coarda arcului. pe care frânghia acoperă. În cazul cablurilor paralele, forța necesară pentru ridicarea sarcinii va fi necesară de două ori mai mică decât greutatea încărcăturii care se ridică.
Regula de aur a mecanicii
Mecanismele simple de câștig în muncă nu dau. Cât de mult câștigăm în forță, de câte ori pierdem în distanță. Deoarece munca este egală cu produsul scalar al forței și deplasării, prin urmare, nu se va modifica atunci când se utilizează blocuri mobile (precum și fixe).
Sub forma unei formule „regula de aur” poate fi scrisă după cum urmează:
unde - calea care trece de punctul de aplicare a forței - calea parcursă de punctul de aplicare a forței.
regula de aur este cea mai simplă formulare a legii conservării energiei. Această regulă se aplică cazurilor de uniformă sau aproape mișcare uniformă mecanisme. Distanțele de translație ale capetelor cablurilor sunt raportate la razele blocurilor ( și ) ca:
Obținem că pentru a îndeplini „regula de aur” pentru un bloc dublu, este necesar ca:
Dacă forțele și sunt echilibrate, atunci blocul este în repaus sau se mișcă uniform.
Exemple de rezolvare a problemelor
EXEMPLUL 1
| Exercițiu | Folosind un sistem de două blocuri mobile și două fixe, muncitorii ridică grinzile de construcție, în timp ce aplică o forță egală cu 200 N. Care este masa (m) a grinzilor? Frecarea în blocuri este ignorată. |
| Soluţie | Să facem un desen. Greutatea greutății aplicate sistemului de greutăți va fi egal cu puterea gravitația, care se aplică corpului ridicat (fascicul):
Blocurile fixe nu dau un câștig în forță. Fiecare bloc mobil oferă un câștig în forță de două ori, prin urmare, în condițiile noastre, obținem un câștig în forță de patru ori. Aceasta înseamnă că poți scrie:
Obținem că masa fasciculului este egală cu: Calculați masa fasciculului, luați:
|
| Răspuns | m=80 kg |
EXEMPLUL 2
| Exercițiu | Fie înălțimea la care lucrătorii ridică grinzile egală cu m în primul exemplu.Care este munca efectuată de muncitori? Care este munca efectuată de o sarcină pentru a o deplasa la o înălțime dată? |
| Soluţie | În conformitate cu „regula de aur” a mecanicii, dacă noi, folosind sistemul existent de blocuri, am primit un câștig de forță de patru ori, atunci pierderea în mișcare va fi și ea de patru ori. În exemplul nostru, aceasta înseamnă că lungimea frânghiei (l) pe care ar trebui să o aleagă lucrătorii va fi de patru ori mai mare decât distanța pe care o va parcurge sarcina, adică: |
Descrierea dispozitivului
Bloc - un mecanism simplu, care este o roată cu o canelură în jurul circumferinței pentru o frânghie sau un lanț, capabilă să se rotească liber în jurul axei sale. Cu toate acestea, o frânghie aruncată peste o creangă de copac este, într-o oarecare măsură, un bloc.
De ce sunt necesare blocuri?
În funcție de proiectarea lor, blocurile pot permite schimbarea direcției forței aplicate (de exemplu, pentru a ridica o anumită sarcină suspendată de o frânghie aruncată peste o creangă de copac, este necesar să trageți celălalt capăt al frânghiei în jos. ... sau în lateral). în care, acest bloc nu va da un câștig în putere. Astfel de blocuri sunt numite nemişcat, deoarece axa de rotație a blocului este fixată rigid (desigur, dacă ramura nu se rupe). Aceste blocuri sunt folosite pentru comoditate. De exemplu, atunci când ridicați o încărcătură la o înălțime, este mult mai ușor să trageți frânghia cu sarcina aruncată peste bloc mult mai jos , aplicând greutatea corpului pe el, decât stând în vârf și trăgând o sarcină cu o frânghie spre tine.
În plus, există blocuri care permit nu numai schimbarea direcției forței aplicate, dar oferă și un câștig în forță. Un astfel de bloc este numit mobilși funcționează exact opusul blocului în mișcare.
Pentru a obține un câștig în putere, este necesar să fixați ferm un capăt al frânghiei (de exemplu, legați-l de o ramură). În continuare, pe frânghia de care este suspendată sarcina este instalată o roată cu o canelură (acest lucru trebuie făcut în așa fel încât roata cu sarcina să poată circula liber de-a lungul frânghiei noastre).Acum, trăgând capătul liber al frânghiei în sus, vom vedea că și blocul cu sarcina a început să se ridice.
Eforturile pe care va trebui să le depunem pentru a ridica sarcina în acest fel vor fi de aproximativ 2 ori mai mici decât greutatea încărcăturii împreună cu blocul. Din păcate, acest tip de bloc nu vă permite să schimbați direcția forței pe o gamă largă, așa că este adesea folosit împreună cu un bloc fix (fixat rigid).
Descrierea experienței
În primul rând, videoclipul demonstrează principiul de funcționare al unui bloc fix: încărcăturile de aceeași masă sunt suspendate de un bloc fixat rigid, în timp ce blocul este în echilibru. Dar nu trebuie decât să agăți o greutate în plus, de îndată ce avantajul începe în direcția mare.
În continuare, folosind un sistem de blocuri mobile și imobile, încercăm să obținem o stare de echilibru alegând cantitate optimă greutăți suspendate pe ambele părți. Ca rezultat, blocul este echilibrat atunci când numărul de greutăți suspendate de blocul mobil devine de două ori mai mare decât greutățile suspendate de capătul liber al filetului.
Astfel, se poate concluziona că blocul mobil oferă un câștig dublu în forță.
Este interesant
Știți că blocurile mobile și fixe sunt utilizate pe scară largă în mecanismele de transmisie auto? În plus, blocurile sunt folosite de constructori pentru a ridica sarcini mari și mici (bine, sau ei înșiși. De exemplu, la repararea fațadelor exterioare ale clădirilor, constructorii lucrează adesea într-un leagăn care se poate deplasa între etaje. După finalizarea lucrărilor la o podea). , lucrătorii pot muta rapid leagănul cu un etaj mai sus, folosindu-se doar de forța proprie). Blocurile sunt atât de răspândite din cauza ușurinței de asamblare și a ușurinței de lucru cu ele.
Fizica clasa a 7-a. MECANISME SIMPLE
LA tehnologie moderna pentru transferul de mărfuri la șantiere și întreprinderi, mecanismele de ridicare sunt utilizate pe scară largă, indispensabile părțile constitutive care poate fi numitmecanisme simple. Printre ei invenții antice umanitate: bloc și pârghie . Omul de știință grec antic Arhimede a facilitat munca omului, oferindu-i un câștig de putere atunci când își folosea invenția și l-a învățat să schimbe direcția forței.
Un bloc este o roată cu o canelură în jurul circumferinței pentru o frânghie sau un lanț, a cărui axă este atașată rigid de o grindă de perete sau tavan. Dispozitivele de ridicare folosesc de obicei nu unul, ci mai multe blocuri. Un sistem de blocuri și cabluri conceput pentru a crește capacitatea de transport se numește palan cu lanț.
Bloc mobil și fix- aceleași mecanisme străvechi simple ca pârghia. Deja în anul 212 î.Hr., cu ajutorul cârligelor și apucătorilor legați de blocuri, siracusanii au pus mâna pe mijloacele de asediu de la romani. Construcția de vehicule militare și apărarea orașului a fost condusă de Arhimede.
Bloc fix Arhimede a considerat-o ca pe o pârghie cu brațe egale.
Momentul forței care acționează pe o parte a blocului este egal cu momentul forței aplicate pe cealaltă parte a blocului. Forțele care creează aceste momente sunt și ele aceleași.
Nu există un câștig în forță, dar un astfel de bloc vă permite să schimbați direcția forței, ceea ce uneori este necesar.
Arhimede a luat blocul mobil ca o pârghie inegală, dând un câștig de putere de 2 ori. Momentele de forță acționează în raport cu centrul de rotație, care ar trebui să fie egal la echilibru.
Arhimede a studiat proprietăți mecanice bloc de mișcare și pune-l în practică. Potrivit lui Athenaeus, „pentru a lansa nava gigantică construită de tiranul siracusan Hieron, au venit cu multe metode, dar mecanicul Arhimede, folosind mecanisme simple, singur a reușit să miște nava cu ajutorul câtorva oameni. Arhimede a venit. cu un bloc și prin el a lansat o navă uriașă” .
A cărui axă este fixată la ridicarea sarcinilor, nu se ridică și nu coboară. Este o roată cu o canelură în jurul circumferinței, care se rotește în jurul axei sale. Jgheabul este proiectat pentru o frânghie, lanț, centură etc. Dacă axa blocului este plasată în cleme atașate la o grindă sau un perete, un astfel de bloc se numește fix (adică axa blocului este fixă); dacă o sarcină este atașată la aceste cleme, iar blocul se poate deplasa cu ele, atunci un astfel de bloc se numește mobil.
Bloc fix folosit pentru a ridica sarcini mici sau pentru a schimba direcția forței.
Condiție de echilibru bloc:
F = f m g (\displaystyle ~F=fmg), Unde
F (\displaystyle F)- forță externă aplicată, m (\displaystyle m)- masa încărcăturii, g (\displaystyle g)- accelerare cădere liberă, f (\displaystyle f)- coeficient de rezistență în bloc (pentru lanțuri aproximativ 1,05, iar pentru frânghii - 1,1).
În absența frecării, ridicarea necesită o forță egală cu greutatea sarcinii.
Bloc mobil are o axă liberă și este concepută pentru a modifica mărimea forțelor aplicate. Dacă capetele frânghiei care se înfășoară în jurul blocului formează unghiuri egale cu orizontul, atunci forța care acționează asupra sarcinii este legată de greutatea acesteia, întrucât raza blocului este de coarda arcului înfășurat în jurul frânghiei; prin urmare, dacă cablurile sunt paralele (adică atunci când arcul înfășurat în jurul cablului este egal cu un semicerc), atunci va fi necesară o forță jumătate din greutatea sarcinii pentru a ridica sarcina, adică:
F = 1 2 f m g (\displaystyle ~F=(1 \over (2))fmg)
În acest caz, sarcina va acoperi o distanță care este jumătate din distanța parcursă de punctul de aplicare a forței F, respectiv, câștigul în rezistența blocului în mișcare este de 2.
De fapt, orice bloc este o pârghie, în cazul unui bloc fix - brațe egale, în cazul unui bloc mobil - cu un raport de umăr de 1 la 2. Ca și în cazul oricărei alte pârghii, regula este valabilă pentru bloc. : De câte ori câștigăm în efort, de câte ori pierdem la distanță. Cu alte cuvinte, munca efectuată la deplasarea unei sarcini pe o anumită distanță fără utilizarea unui bloc este egală cu munca cheltuită la deplasarea unei sarcini pe aceeași distanță folosind un bloc, cu condiția să nu existe frecare. Există întotdeauna o pierdere într-un bloc real.
Se folosește și un sistem format dintr-o combinație de mai multe blocuri mobile și fixe. Un astfel de sistem se numește bloc de scripete. Cel mai simplu astfel de sistem este prezentat în figură și oferă un câștig de putere de 2 ori.
Spre deosebire de scripete, blocul se rotește liber pe axă și asigură doar o schimbare a direcției de mișcare a curelei sau a frânghiei, fără a transfera forța de la ax la curea sau de la centură la axă.
