Ett block är en sorts spak, det är ett hjul med ett spår (Fig. 1), ett rep, kabel, rep eller kedja kan föras genom spåret.
Figur 1. Allmän form blockera
Block är uppdelade i mobila och fasta.
Vid det fasta blocket är axeln fixerad; vid lyft eller sänkning av lasten stiger eller faller den inte. Låt oss beteckna vikten av lasten som vi lyfter, P, den applicerade kraften, beteckna F, stödpunkten - O (Fig. 2).
Fig.2. Fast block
Kraftens P kommer att vara segmentet OA (kraftens arm l 1), kraftarm F segment OB (kraftarm l 2) (Fig. 3). Dessa segment är hjulets radier, då är axlarna lika med radien. Om axlarna är lika, då är vikten av lasten och kraften som vi använder för att lyfta numeriskt lika.
Fig.3. Fast block
Ett sådant block ger ingen styrka. Av detta kan vi dra slutsatsen att det är lämpligt att använda ett fast block för att underlätta lyftet, det är lättare att lyfta upp lasten med en nedåtgående kraft.
En anordning där axeln kan höjas och sänkas tillsammans med lasten. Handlingen liknar en spak (fig. 4).
Ris. 4. Flyttbart block
För att detta block ska fungera är ena änden av repet fixerad, vi applicerar kraft F på den andra änden för att lyfta en last med vikt P, lasten är fäst vid punkt A. Stödpunkten under rotation kommer att vara punkt O, eftersom vid varje rörelsemoment blocket vänder och punkt O fungerar som ett stödpunkt (Fig.5).
Ris. 5. Flyttblock
Värdet på skuldran för kraften F är två radier.
Värdet på kraftansatsen P är en radie.
Krafternas armar skiljer sig med en faktor två, enligt spakbalansregeln skiljer sig krafterna med en faktor två. Kraften som behövs för att lyfta en last med vikt P kommer att vara hälften av lasten. Det rörliga blocket ger fördelen i styrka två gånger.
I praktiken används kombinationer av block för att ändra riktningen på den applicerade kraften för lyft och minska den med hälften (fig. 6).
Ris. 6. Kombination av rörliga och fasta block
På lektionen bekantade vi oss med enheten av ett fast och rörligt block, demonterat att block är varianter av spakar. För att lösa problem i detta ämne är det nödvändigt att komma ihåg balansregeln för spaken: förhållandet mellan krafter är omvänt proportionellt mot förhållandet mellan axlarna för dessa krafter.
- Lukashik V.I., Ivanova E.V. Samling av uppgifter i fysik för årskurs 7-9 läroinstitut. - 17:e upplagan. - M.: Upplysning, 2004.
- Peryshkin A.V. Fysik. 7 celler - 14:e upplagan, stereotyp. - M.: Bustard, 2010.
- Peryshkin A.V. Samling av problem i fysik, årskurs 7-9: 5:e uppl., stereotyp. - M: Exam Publishing House, 2010.
- Class-fizika.narod.ru ().
- School.xvatit.com().
- scienceland.info().
Läxa
- Ta reda på själv vad en kättingtelfer är och vilken typ av styrka den ger.
- Var används fasta och flyttbara block i vardagen?
- Hur lätt är det att klättra upp: klättra i ett rep eller klättra med ett fast block?
Block klassificeras som enkla mekanismer. Förutom blocken inkluderar gruppen av dessa enheter, som tjänar till att omvandla krafter, en spak, ett lutande plan.
DEFINITION
Blockera - fast, som har förmågan att rotera runt en fast axel.
Block är gjorda i form av skivor (hjul, låga cylindrar, etc.) med ett spår genom vilket ett rep (bål, rep, kedja) förs.
Ett block kallas fast, med en fast axel (Fig. 1). Den rör sig inte när man lyfter en last. Ett fast block kan betraktas som en hävstång som har samma hävstångseffekt.
Jämviktsvillkoret för ett block är jämviktsvillkoret för momenten av krafter som appliceras på det:
Blocket i fig. 1 kommer att vara i jämvikt om trådarnas dragkrafter är lika:
eftersom axlarna för dessa krafter är desamma (OA = OB). Ett fast block ger ingen styrka, men det låter dig ändra kraftens riktning. Att dra i ett rep som kommer uppifrån är ofta bekvämare än att dra i ett rep som kommer underifrån.
Om en lastvikt, bundet till en av ändarna av repet som kastas över ett fast block är lika med m, sedan för att lyfta det, en kraft F lika med:
förutsatt att vi inte tar hänsyn till friktionskraften i blocket. Om det är nödvändigt att ta hänsyn till friktionen i blocket, introduceras dragkoefficienten (k), då:
Blocket kan ersättas med en slät fast stöd. Genom ett sådant stöd kastas ett rep (rep) som glider längs stödet, men friktionskraften ökar.
Det fasta blocket ger ingen vinst i arbete. Banorna som passerar genom krafternas appliceringspunkter är desamma, krafterna är lika, därför är arbetet lika.
För att få en styrka, med hjälp av fasta block, används en kombination av block, till exempel ett dubbelblock. När blocken måste ha olika diametrar. De är fast förbundna med varandra och monterade på en enda axel. Ett rep är fäst vid varje block så att det kan lindas på eller av blocket utan att glida. Kraftaxlar i detta fall kommer att vara ojämlika. Dubbelblocket fungerar som en spak med armar av olika längd. Figur 2 visar ett diagram över ett dubbelblock.
Jämviktsvillkoret för spaken i fig. 2 blir formeln:
Dubbelblock kan omvandla kraft. Genom att applicera en mindre kraft på ett rep som är lindat runt ett block med stor radie erhålls en kraft som verkar från sidan av repet som är lindat på ett block med en mindre radie.
Ett rörligt block är ett block vars axel rör sig tillsammans med lasten. På fig. 2 kan det rörliga blocket betraktas som en spak med armar av olika storlekar. I detta fall är punkt O spakens stödpunkt. OA - axelstyrka; OB - axel av styrka. Tänk på fig. 3. Kraftens arm är dubbelt så stor som kraftens arm, därför är det för jämvikt nödvändigt att storleken på kraften F är två gånger mindre än modulen för kraften P:
Man kan dra slutsatsen att med hjälp av ett rörligt block får vi en dubbel styrka. Jämviktstillståndet för det rörliga blocket utan att ta hänsyn till friktionskraften kan skrivas som:
Om vi försöker ta hänsyn till friktionskraften i blocket, introducerar vi motståndskoefficienten för blocket (k) och får:
Ibland används en kombination av ett rörligt och ett fast block. I denna kombination används ett fast block för bekvämlighet. Det ger ingen styrka, men låter dig ändra kraftens riktning. Det rörliga blocket används för att ändra storleken på den applicerade kraften. Om ändarna av repet som omsluter blocket gör samma vinklar med horisonten, är förhållandet mellan kraften som verkar på lasten och kroppens vikt lika med förhållandet mellan blockets radie och bågens korda som repet täcker. I fallet med parallella rep kommer kraften som krävs för att lyfta lasten att krävas två gånger mindre än vikten av den last som lyfts.
Mekanikens gyllene regel
Enkla mekanismer för vinst i arbete ger inte. Hur mycket vi vinner i styrka, hur många gånger vi förlorar i distans. Eftersom arbetet är lika med den skalära produkten av kraft och förskjutning, kommer det därför inte att förändras när man använder rörliga (såväl som fasta) block.
I form av en formel kan "gyllene regel" skrivas enligt följande:
där - den väg som passerar kraftanvändningspunkten - den väg som passerar kraftanvändningspunkten.
gyllene regelär den enklaste formuleringen av lagen om energibevarande. Denna regel gäller fall av enhetlig eller nästan enhetlig rörelse mekanismer. De translationella avstånden för ändarna på repen är relaterade till radierna för blocken ( och ) som:
Vi får att för att uppfylla den "gyllene regeln" för ett dubbelblock, är det nödvändigt att:
Om krafterna och är balanserade, är blocket i vila eller rör sig jämnt.
Exempel på problemlösning
EXEMPEL 1
| Träning | Med hjälp av ett system med två rörliga och två fasta block lyfter arbetarna konstruktionsbalkarna samtidigt som de applicerar en kraft lika med 200 N. Vad är balkarnas massa (m)? Friktion i block ignoreras. |
| Lösning | Låt oss göra en ritning. Vikten av vikten som appliceras på viktsystemet kommer att vara lika med styrka gravitation, som appliceras på den lyfta kroppen (balken):
Fasta block ger ingen styrka. Varje rörligt block ger en ökning i styrka två gånger, därför får vi, under våra förhållanden, en ökning i styrka fyra gånger. Det betyder att du kan skriva:
Vi får att strålens massa är lika med: Beräkna massan på strålen, ta:
|
| Svar | m=80 kg |
EXEMPEL 2
| Träning | Låt höjden till vilken arbetarna höjer balkarna vara lika med m i det första exemplet. Vilket arbete utförs av arbetarna? Vad gör en last för att flytta den till en given höjd? |
| Lösning | I enlighet med mekanikens "gyllene regel", om vi, med hjälp av det befintliga blocksystemet, fick en styrka fyra gånger, kommer förlusten i rörelse också att vara fyra. I vårt exempel betyder det att längden på repet (l) som arbetarna ska välja kommer att vara fyra gånger längre än den sträcka som lasten kommer att färdas, det vill säga: |
Enhetsbeskrivning
Block - en enkel mekanism, som är ett hjul med ett spår runt omkretsen för ett rep eller kedja, som kan rotera fritt runt sin axel. Men ett rep som kastas över en trädgren är också till viss del ett block.
Varför behövs block?
Beroende på deras design kan blocken tillåta att riktningen för den applicerade kraften ändras (till exempel för att lyfta en viss last upphängd från ett rep som kastas över en trädgren, är det nödvändigt att dra ner den andra änden av repet ... eller åt sidan). Vart i, detta block kommer inte att ge en vinst i styrka. Sådana block kallas orörlig, eftersom blockets rotationsaxel är stelt fixerad (naturligtvis om grenen inte går sönder). Dessa block används för bekvämlighet. Till exempel, när du lyfter en last till en höjd, är det mycket lättare att dra i repet med lasten kastad över blocket långt ner , applicera tyngden av din kropp på den, än att stå på toppen och dra en last med ett rep mot dig.
Dessutom finns det block som inte bara tillåter att ändra riktningen på den applicerade kraften, utan också ger en styrka. Ett sådant block kallas mobil och det fungerar precis tvärtom än flyttblocket.
För att få en styrka är det nödvändigt att ordentligt fixera ena änden av repet (till exempel binda den till en gren). Därefter installeras ett hjul med ett spår på repet till vilket lasten är upphängd (detta måste göras på ett sådant sätt att hjulet med lasten fritt kan åka längs vårt rep).När vi nu drar upp den fria änden av repet kommer vi att se att blocket med lasten också började stiga.
De ansträngningar som vi kommer att behöva lägga ner för att lyfta lasten på detta sätt kommer att vara ungefär 2 gånger mindre än vikten av lasten tillsammans med blocket. Tyvärr tillåter den här typen av block dig inte att ändra kraftriktningen över ett brett område, så det används ofta i samband med ett fast (stelt fixerat) block.
Beskrivning av erfarenhet
Först demonstrerar videon principen för driften av ett fast block: laster av samma massa hängs upp från ett styvt fixerat block, medan blocket är i balans. Men man behöver bara hänga en extra vikt, så fort fördelen börjar i det stora hållet.
Därefter, med hjälp av ett system av rörliga och orörliga block, försöker vi uppnå ett tillstånd av jämvikt genom att välja optimal mängd vikter upphängda på båda sidor. Som ett resultat balanseras blocket när antalet vikter som hänger upp från det rörliga blocket blir dubbelt så stort som vikterna som hänger upp från den fria änden av gängan.
Man kan alltså dra slutsatsen att det rörliga blocket ger dubbel styrka.
Det är intressant
Vet du att rörliga och fasta block används ofta i biltransmissionsmekanismer? Dessutom används blocken av byggare för att lyfta stora och små laster (nåja, eller sig själva. Till exempel vid reparation av byggnaders yttre fasader arbetar byggherrar ofta i en vagga som kan röra sig mellan våningarna. Efter avslutat arbete på ett golv , kan arbetare snabbt flytta vaggan en våning högre, med endast sin egen styrka). Block är så utbredda på grund av den enkla monteringen och lättheten att arbeta med dem.
Fysik årskurs 7. ENKLA MEKANISMER
PÅ modern teknologi för överföring av varor på byggarbetsplatser och företag används lyftmekanismer i stor utsträckning, oumbärliga beståndsdelar som kan kallasenkla mekanismer. Bland dem gamla uppfinningar mänskligheten: block och spak . Den antika grekiske vetenskapsmannen Arkimedes underlättade människans arbete, vilket gav henne en styrka när han använde sin uppfinning, och lärde honom att ändra kraftens riktning.
Ett block är ett hjul med ett spår runt omkretsen för ett rep eller kedja, vars axel är styvt fäst vid en vägg- eller takbalk. Lyftanordningar använder vanligtvis inte ett, utan flera block. Ett system av block och kablar utformat för att öka bärförmågan kallas en kättingtelfer.
Flyttbart och fast block- samma gamla enkla mekanismer som spaken. Redan år 212 f.Kr., med hjälp av krokar och grepp kopplade till block, tog syrakusanerna belägringsmedlet från romarna. Byggandet av militärfordon och försvaret av staden leddes av Arkimedes.
Fast block Arkimedes ansåg det som en hävstång med lika armar.
Kraftmomentet som verkar på ena sidan av blocket är lika med kraftmomentet som appliceras på den andra sidan av blocket. Krafterna som skapar dessa ögonblick är också desamma.
Det finns ingen vinst i styrka, men ett sådant block låter dig ändra kraftens riktning, vilket ibland är nödvändigt.
Arkimedes tog det rörliga blocket som en ojämlik spak, vilket gav en ökning i styrka med 2 gånger. Kraftmoment verkar i förhållande till rotationscentrum, som bör vara lika vid jämvikt.
Arkimedes studerade mekaniska egenskaper flytta blocket och omsätta det i praktiken. Enligt Athenaeus, "för att sjösätta det gigantiska skeppet som byggdes av den syrakusanske tyrannen Hieron, kom de på många metoder, men mekanikern Arkimedes, med enkla mekanismer, lyckades ensam flytta skeppet med hjälp av några få personer. Arkimedes kom upp. med ett block och genom det sjösatte ett enormt skepp".
Vars axel är fixerad vid lyft av laster, stiger inte och faller inte. Det är ett hjul med ett spår runt omkretsen som roterar runt sin axel. Rännan är utformad för ett rep, kedja, bälte etc. Om blockets axel är placerad i klämmor fästa på en balk eller vägg, kallas ett sådant block fixerat (det vill säga att blockets axel är fixerad); om en last är fäst vid dessa klämmor, och blocket kan röra sig med dem, kallas ett sådant block rörligt.
Fast block används för att lyfta små laster eller för att ändra kraftriktningen.
Blockjämviktstillstånd:
F = f m g (\displaystyle ~F=fmg), var
F (\displaystyle F)- applicerad yttre kraft, m (\displaystyle m)- lastens massa, g (\displaystyle g)- acceleration fritt fall, f (\displaystyle f)- motståndskoefficient i blocket (för kedjor ca 1,05 och för rep - 1,1).
I frånvaro av friktion kräver lyft en kraft lika med lastens vikt.
Flyttbart block har en fri axel och är utformad för att ändra storleken på de applicerade krafterna. Om ändarna av repet som lindas runt blocket gör lika vinklar med horisonten, så är kraften som verkar på lasten relaterad till dess vikt, eftersom blockets radie är till kordan av den båge som lindas runt repet; följaktligen, om repen är parallella (det vill säga när bågen lindad runt repet är lika med en halvcirkel), kommer en kraft som är hälften så mycket som lastens vikt att krävas för att lyfta lasten, det vill säga:
F = 1 2 f m g (\displaystyle ~F=(1 \över (2))fmg)
I det här fallet kommer lasten att täcka en sträcka som är halva sträckan som tillryggalagts av anbringningspunkten för kraften F, respektive styrkan för det rörliga blocket är 2.
Faktum är att vilket block som helst är en spak, i fallet med ett fast block - lika armar, i fallet med ett rörligt block - med ett axelförhållande på 1 till 2. Som med alla andra spakar gäller regeln för blocket : Hur många gånger vi vinner i ansträngning, hur många gånger vi förlorar i distans. Med andra ord, det arbete som utförs när man flyttar en last över en viss sträcka utan att använda ett block är lika med det arbete som går åt när man flyttar en last över samma sträcka med hjälp av ett block, förutsatt att det inte finns någon friktion. Det finns alltid någon förlust i ett riktigt block.
Ett system som består av en kombination av flera flyttbara och fasta block används också. Ett sådant system kallas remskivor. Det enklaste sådana systemet visas i figuren och ger en effektvinst på 2 gånger.
Till skillnad från en remskiva roterar blocket fritt på axeln och ger endast en förändring av rörelseriktningen för remmen eller repet, utan att överföra kraft från axeln till remmen eller från remmen till axeln.
